北京市政府拟定了《北京城区雨水泵站系统升级改造及雨洪控制利用三年工作计划 (2012—2014年) 》, 分三期完成北京市下凹式立交桥的提标改造工作。我集团累计参与建设41项, 修建大型雨水调蓄池共计33座, 其中浅埋暗挖法调蓄池22座, 累计蓄水量达到约6.7万m³, 如折算成3m×3m标准断面, 浅埋暗挖累计里程达到约9.5km。本文以较典型的小红门桥区积水治理工程为例, 浅谈浅埋暗挖工法在雨水调蓄建设中的应用情况。

小红门桥区积水治理工程位于小红门路与南四环路交汇处西南侧。现况泵站内场地空间极有限, 如在泵站南侧进行土地征用, 将涉及大量的拆迁项目 (如绿化带、树木、道路等) , 为确保按期达到泵站设计使用功能, 最终方案确定为在现况泵站内设置竖井, 向南开挖调蓄池 (见图1) 。

本次实施的暗挖调蓄池长度为48.5m, 覆土深度为5.7m, 成型后的净空间尺寸为宽×高=11.1m×9.6m, 采用复合式衬砌。一次衬砌采用CRD工法进行开挖支护, 共计9个导洞 (上、中、下各3个) ;二次衬砌成型为6洞形式 (见图2) 。暗挖竖井采用格栅锚喷, 尺寸L×W×H=14.3m×5.3m×18.2m。

该工程主要风险防控内容为临近地铁亦庄线区间、铁路、调蓄池进尺20m位置处有1处现况D1550污水管线, 与调蓄池顶板外皮密贴垂直相交。

现况D1550污水管线与调蓄池正交且侵入拟建调蓄池顶板位置。

该调蓄池断面分3层开挖, 每层均为3个导洞。各导洞之间设置临时中隔壁。导洞均采用台阶开挖预留核心土, 导洞开挖间隔步距保持5m以上, 各台阶间隔步距保持3m以上 (见图3) 。

由于竖井格栅锚喷结构与内支撑形成了封闭的联合式支护体系, 如直接破除洞门并拆除产生位置冲突的原支撑, 会破坏竖井与内支撑的闭合受力体系, 两侧土压力无法达到平衡将导致竖井安全储备严重降低, 从而产生过大的水平变形, 甚至影响周边环境及出现安全事故;换撑采取“边破边换, 及时联体, 先换后拆”的总体原则, 即每个导洞均从上向下进行小范围破除, 同一水平面优先破除拟换撑的位置, 破除后及时将隧道格栅与竖井格栅焊接、锚喷, 将拟换支撑与预埋连接钢板进行焊接, 即完成了竖井格栅锚喷结构与内支撑的联合支护体系向竖井、隧道、内支撑联合支护封闭体系的转换过程 (见图4) 。

在暗挖调蓄池进尺20m位置处的D1550钢筋混凝土污水管线是本工程的一个重大风险源, 为保证顺利穿越该污水管线且不影响该污水管线的正常使用, 在距离污水管线2.5m位置处搭设大管棚进行防护, 通过变换断面尺寸穿越污水管线 (见图5) , 穿越过程中及时采取后背注浆措施封闭后背孔隙。考虑到下层导洞开挖过程中难免会对污水管线产生二次扰动, 如出现污水管线破坏将影响周边居民区的正常生活, 施工安全也无法得到保障, 针对此问题, 通过采用型钢支顶方式进行防护。采用4I22b作为支撑污水管线的次龙骨, 10cm×10cm方木作为主龙骨, 立柱支撑采用工字钢最终支撑在第3层导洞底板, 立柱铺设10mm厚钢板;剪刀撑采用48钢管, 通过250mm×250mm×10mm焊接钢板进行连接, 确保支撑体系整体稳定性 (见图5) 。

二次衬砌采用现浇钢筋混凝土结构, 断面形式为2层6洞, 二次衬砌隔墙和初衬隔墙位置重合, 底板二次衬砌厚600mm, 侧墙、拱顶厚500mm, 总体分为6个流水段进行施工, 每个流水段8m (见图6) 。

采用“跳仓法”先行施工两侧导洞, 最后进行中洞施工。

1) 浇筑两侧导洞底板及导墙 (见图7) 。

2) 跳仓拆除中隔板, 浇筑两侧导洞剩余二次衬砌, 并保留二次衬砌模板脚手架支撑体系 (见图8) 。

3) 待左右两侧二次衬砌结构达到设计强度后, 保留左右两侧二次衬砌脚手架竖向支撑体系, 拆除剩余临时中隔壁, 浇筑剩余二次衬砌混凝土, 待全断面二次衬砌封闭并达到设计强度后, 拆除全部模板脚手架支撑体系 (见图9) 。

由于雨水调蓄池功能较单一, 仅是调蓄雨水;而地铁车站作为社会人文公共设施, 需要更多地考虑列车进站通道、行人通行, 层间净空设置等诸多问题, 所以空间设置较严格。采用更为简洁化的断面形式可以有效提高施工生产效率。

1) 就本工程而言, 采用9个钢格栅锚喷导洞增加了施工周期, 如优化为4个或6个较大的钢格栅锚喷导洞, 在每个导洞内设置型钢中隔壁将会大大节约工期。本工程中, 每仓中隔壁的破除周期为7d, 如优化为型钢支撑可以在有利于环保的前提下, 有效提高材料周转使用率和施工效率。

2) 由于断面较大且两侧导洞浇筑后均为悬挑结构, 在未封闭成环的情况下均不能将模架支撑拆除。如采用优化的断面形式, 4个 (或6个) 大导洞之间的中隔壁不进行拆除, 在所有导洞全部贯通且各项指标稳定后, 所有导洞即可同时采用跳仓法进行二次衬砌施工, 即所谓的“独立4导洞 (或6导洞) 断面”, 可以有效提高施工效率。

本工程为先进行调蓄池二次衬砌施工, 后进行竖井二次衬砌施工, 所以在隧道开洞门时涉及了大量的支撑置换问题。锚喷竖井完成后, 如首先进行竖井二次衬砌施工, 竖井就形成了完整的封闭结构体系, 使破除隧道洞门的工序更加安全可靠。

浅埋暗挖作为非开挖技术中应用最广泛的一项综合技术, 在桥区积水治理工程雨水调蓄池建设中大规模采用, 通过在建设过程中不断探索优化竖井结构、调蓄池一次和二次衬砌断面形式、支撑体系转换等关键技术, 形成了一套较完备的雨水调蓄池浅埋暗挖综合施工技术, 以供工程技术人员和类似工程参考。