于海生
北京城市快轨建设管理有限公司 北京市 100039
摘要：北京地铁16号线国家图书馆站车站主体位于南长河北岸，距离南长河河道上开口线最小净距约为4m，车站主体施工采用明挖方式。万~国区间在国家图书馆站西侧下穿南长河，隧道顶距河道底部约为15.47m，采用盾构法施工；国~二区间在国家图书馆站东侧155m处下穿南长河，隧道顶距河道底部约为15.35m，采用矿山法施工。长河泵站位于新建国家图书馆站车站主体结构上方，由于现状长河泵站与新建国家图书馆站车站主体位置冲突，长河泵站和泵站收水管线需要改移。改移后的收水管线在南长河与双紫支渠汇合口处下穿双紫支渠，管顶距双紫支渠渠底最小距离为3.29m，收水管线管径为1.05m，采用顶管法施工。
关键词：地铁线；河水防治；补救措施；
引言
鉴于车站临近南长河、区间穿越南长河以及顶管穿河施工本工程，在不影响河道正常过水前提下，采取相应工程措施，提高河道防渗性能和整体稳定性，减少地铁及泵站收水管线施工对河道产生的不利影响，保证河道的安全运行，对河道进行水防治与补救措施。
一、工程概况
南长河西起京密引水渠昆玉段南长河闸，全长约5.6公里，流域面积9km2。项目区段南长河为梯形复式半衬砌断面，河道两侧为浆砌石挡墙，河底采用混凝土预制板，河底宽度为7m，水面宽度为11～15.9m。双紫支渠属通惠河水系，起于北洼路西侧，汇入南长河，河道总长2.4km，流域面积2.5km2，项目区段双紫支渠渠底宽度为5m，边坡系数为2，两岸边坡为混凝土大方砖，河底为天然土质河底。
二、水文地质概况
根据《海淀区防洪规划》及《长河治理工程规划》，项目区南长河及双紫支渠20年一遇设计洪峰流量、50年一遇校核洪峰流量见下表。南长河Q20流量（m3/s）为55，Q50流量（m3/s）为65，双紫支渠Q20流量（m3/s）为16，Q50流量（m3/s）为19。
根据《北京地铁16号线工程勘察01合同段国家图书馆站岩土工程勘察报告（详勘阶段）》，项目区主要为粉土、粉质粘土、粉细砂、卵石。工程区勘测期间共观测到一层地下水，地下水类型为潜水（二），含水层主要为卵石⑨层、卵石⑪层，呈连续分布，主要接受大气降水、侧向径流补给。
拟建场区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。特征周期为0.35s。
三、水防治与补救措施的范围
本工程设计仅针对地铁16号线国家图书馆站车站临河段施工、区间和收水管线穿河施工影响范围内进行防治与补救措施。南长河防渗衬砌范围包含国家图书馆站临河段、万～国区间穿河段、国～二区间穿河段沿河道垂直投影长度及其上下游各50m范围内主河槽，总计663m；双紫支渠防渗衬砌范围为顶管上游30m，下游至南长河，总计48m。
四、施工导流方案
1.导流标准
根据主体施工组织要求，本工程施工期安排在非汛期，施工周期较短。通过调查及与河道相关管理单位了解得知，南长河非汛期流量不大于5m3/s。为了保证防渗衬砌施工安全，本工程以河道非汛期流量最大流量5m3/s作为导流标准。
2.导流安排
本次导流设计采用分期导流，共分为两期，具体导流方案如下：
导流一期：在南长河右半幅搭建一期围堰，利用右半幅束窄河道过流，同时在一期围堰上下游两端布置横向端头围堰。一期围堰搭设完成后，将堰内水体抽排至右半幅河道，进行河道左半幅衬砌施工。
导流二期：在南长河左半幅已浇筑完成的衬砌结构上搭建二期围堰及横向端头围堰，利用左半幅束窄河道过流，同时在双紫支渠上游搭设二期横向截流围堰，利用水泵将双紫支渠上游来水抽排至南长河左半幅束窄河道内。二期围堰布置完成后，抽排二期围堰内河水至左半幅河道，进行南长河右半幅衬砌施工。拆除二期围堰及上下游端头围堰，恢复河道原貌。
河道防渗衬砌完成后，方可进行临河车站、区间盾构（暗挖）穿河施工。
3.围堰高度
河道在临时导流期间，围堰会束窄河道过流断面，造成水位雍高，因此需进行雍水计算分析。围堰导流雍高依据《水利水电工程施工导流设计规范》SL 623-2013 附录B计算。
1）计算方法：根据《水利水电工程施工导流设计规范》SL 623-2013规定，当纵向围堰的长度L与上游水深H之比小于20时，可按宽顶堰公式近似计算；当纵向围堰的长度L与上游水深H之比大于20时，按明渠泄流计算方法计算。
本工程堰前上游水深为1.61m，围堰纵向长度L约670m，纵向围堰的长度L与上游水深H之比大于20，因此按明渠泄流计算方法计算。
2）计算工况：河道非汛期流量最大流量5m3/s作为导流流量；以河道非汛期常水位47.50m作为下游控制断面。
3）计算参数：现状河底为混凝土板护砌，河道主槽糙率取0.017，钢模围堰迎水面为防渗膜布，糙率取0.013，河道两侧为浆砌石挡墙，糙率取0.025。根据南长河河原设计资料，该段河道纵坡0.0005。
4）计算公式：
表1 国家图书馆站段导流围堰堰前水深计算成果表
根据计算结果可知，本工程导流围堰堰前水深为2.32~1.60m，水位47.49~47.52m。考虑堰前因风吹产生壅水、最大波浪在堰上爬高及安全超高等因素，围堰顶高程为48.00m。
4.围堰施工
根据工程特点工程采用钢管桩围堰，防渗措施为在围堰挡水面铺防渗膜。
1）钢管桩围堰由钢骨架和横向连接梁组成。钢骨架为Φ150钢桩，钢骨架间距1.2m，待钢桩按照设计结构打入地下后，采用Φ48脚手架横向梁钢管连接。在钢管桩背水侧设Φ48钢管斜支撑，斜支撑与Φ150钢桩焊接，斜支撑底部设Φ32钢筋锚固。
2）模板铺设
每段支架搭设完成后，在支架斜面上铺设竹胶板。为防止污染河水，板材选用环保型材料模板用铅丝固定在支架上，模板与搭板之间也用铅丝联接，接缝紧密以尽量减小缝隙，以减少河水对防水布产生的压力。围堰拐角处的支架在陆地上放样拼装，钢木结合，以便于安放时能与两侧支架顺接，减小接缝，使防水布的铺装更加平顺。
3）吊装就位
每段支架及模板组装完成后，进行吊装就位。吊装时由专人根据标志线在一端确定围堰位置，在出现较大偏移时由安装人员进行调整，使围堰迎水面尽可能在一个平面上，减小每段围堰间的缝隙。由于骨架为刚性连接，而且在水中施工，接缝难以完全消除，但围堰间缝隙应控制在10-30cm范围，平面错位在5-10cm之间，以便于围堰就位后，两段围堰间缝隙另用钢板封堵。在所有支架全部就位完成后，在围堰内侧搭设1.5m宽平台，便于防水布安装。
4）防水铺设
防水材料采用PVC-Z型高强力防渗膜布及两布一（300g/m2+0.6mm+300g/m2）进行，为了便于铺设安装张规格为10×10m2，抗拉负荷≥1600N/5cm，使之能够承受一定的拉应力。
防水布铺设顺序为先下游后上游，逆水流方向铺设，顺水压茬3m；河底平铺设2m，在其上沉入五道砂袋使防水布与河底、模板紧密接合，以减少渗水。第一道砂袋压在防水布外沿，第二道砂袋压在围堰平铺防水布的起点，第三道砂袋压在防水布于模板的转角处，第四、五道砂袋铺压在围堰迎水面上，砂袋要排列紧密。为便于防水布沉入水底，在防水布水中一端水拴上沙袋，将防水布伸展平顺后沉入水中，另一端固定在支架上。沉入水中沙袋采用尼龙袋，防止袋体在水中腐烂，同时袋口用绳子绑牢，以便围堰拆除时能将其彻底捞出。
5）基坑排水及泵坑排水
围堰完成后进行基坑排水，考虑围堰局部漏水，需要尽快将基坑水排净，并根据实际情况进行支墩基础处理。抽水的同时对每段围堰进行拼接处的修整，使之成为一个整体。当水面距河底30cm时，需要挖设泵坑，进行基坑排水，这样能把水排净。泵坑为1m×1m×1m，使用无纺布围护，防止杂物堵塞水泵。泵坑抽水同时检查围堰，对底脚及接缝处缝隙较大的部位用沙袋加固，防止防水布崩裂。围堰内侧需要做一通长导流沟，将渗过围堰的水汇集到泵坑排出，使基坑内能够干槽作业。
6）围堰拆除
待水下建筑物施工完成后，以不妨碍永久或临时建筑物的安全运行为前提的情况下，及时拆除围堰，特别是水下部分围堰，确保清理彻底，保证河道汛期行洪通行安全。施工时先拆下游围堰。拆除前先将围堰内清理干净，并拆除各段围堰间连接杆，使各段围堰之间全部分开，之后将砂袋捞出，将围堰内放满水后，将防水布全部拆除，使河中只剩下围堰支架及模板。为了便于施工，先将围堰上方拴上粗麻绳（4cm），然后用装载机将围堰拉倒，模板侧在下方，使围堰支架能顺利拉出，最后利用吊车，吊上河岸进行拆除模板及支架的工作。
五、土方开挖
土方开挖的工艺流程为：
准备工作→地表及可预见的地下物拆除→场地清理→施工期排水→开挖运输→弃土场堆存→基槽平整→完工验收前的维护→质量检查与验收
六、防渗衬砌施工
为保证地铁及收水管线施工过程中河道排水安全，同时确保地铁施工及运行期安全，对影响段河道进行防渗衬砌。防渗衬砌施工的工艺流程为：准备工作→基础面处理→基础验收→垫层施工→钢筋绑扎→底板施工→模板就位→清仓、验收→混凝土浇筑→模板拆除→养护、修整
河底采用250mm厚C25钢筋混凝土衬砌，下设100mm厚C10混凝土垫层。顺水流方向混凝土底板每10m设一道分缝，分缝处设橡胶止水带，内嵌高密度聚乙烯闭孔泡沫板，双组份聚硫密封膏封堵。
七、恢复工程施工
工程施工过程中拆除恢复主要包括两岸挡墙、现状路面、围挡及岸坡绿化。两岸挡墙、现状路面及围挡在河道衬砌施工完成后施工完成后按原状恢复。施工过程中破坏的边坡绿化在下一个汛期来临前按原状进行恢复。
八、监控量测
1、监测内容主要为地铁及收水管线施工期间河道堤顶、二层台挡墙的变形监测。监测方法及技术要求按《水电水利工程施工安全监测技术规范》（DL/T 5308-2013）的要求执行。
2、本工程对地铁及收水管线施工期间南长河河道变形监测控制值不应大于1cm，监测实施第三方监测，监测费用不包含在本项目内。
论文作者:于海生
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/30
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