摘要：浅埋暗挖法是一种施工工艺简单，灵活性强，造价低的暗挖方法。本文从理论设计出发，结合北京南水北调市内配套工程南干渠工程作工程实例，研究了浅埋暗挖法在输水工程中应用时地层、结构断面、施工质量与安全、工期与经济性等方面的适宜性。
关键词：浅埋暗挖法；输水隧洞；适宜性
1 引言
随着经济的不断发展、人口的快速增长，使城市的运行与发展受到土地与环境日益增多的制约。城市输水工程是城市建设的重要组成部分，采用明挖法严重干扰交通，破坏环境，尤其大量建筑物与管线的拆迁难以实现。即使能够拆迁，耗费的投资也十分巨大。
以北京市为例，随着南水北调工程建设的全面展开，城市输配水工程的建设将迎来一个高峰期。由于城市人口稠密、地面建筑物和地下管线密集，难以采用明挖法施工。与明挖法相比，暗挖法具有：对环境影响小，施工受地形、地貌等地表环境条件的限制较少，地表占地面积小，拆迁占地工作量小、费用少等优点。因此浅埋暗挖法等暗挖工法开始应用于城市输水管线的构筑。
2 浅埋暗挖法
2.1 浅埋暗挖法简介
继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时，结合我国水文地质特点，创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法，提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法，创立了适用于软弱地层的地下工程设计、施工方法。
2.2 浅埋暗挖法应用情况
由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点，浅埋暗挖法在地铁、地下停车场、过街通道及地下管线等各种地下工程中得到广泛推广应用，已形成了一套完整的综合配套技术。进年来，应用于北京市南水北调输水管线建设的有西四环暗涵、南干渠等工程。以目前正在实施的南干渠工程为对象，说明浅埋暗挖法在输水工程中的实际应用情况。
南干渠工程位于北京市南部地区，起点为南水北调总干渠永定河倒虹吸末端，工程路由沿五环路南侧向东，终点位于北京东南部的亦庄调节池，全长约27.2km。南干渠工程以京沪高铁为界分为上、下段，上段由南干渠起点至京沪高铁东侧，全长约11.2km。采用双洞浅埋暗挖的施工方式，下段工程由京沪高铁东侧至亦庄调节池入口，全长约16km。采用盾构施工方式。
浅埋暗挖段输水涵洞采用2条独立的内径3400mm的钢筋砼涵洞，两洞中心距离12.2m，隧洞采用一、二衬复合衬砌结构。二衬为现浇C30W10模注防水钢筋混凝土，二衬厚度为350mm。一衬喷射C25混凝土，厚250mm。一、二衬混凝土间采用全断面防水，防水材料为无纺布防水板。
在结构计算中，一衬在施工工况下单独受力，承担全部外荷载；在运行期及检修期，一二衬联合受力，共同承担内、外荷载。
浅埋暗挖法基本工序为：施工竖井→隧洞初衬→防水层→隧洞二衬。南干渠浅埋暗挖段共布置有10处竖井，末端暗挖竖井结合连通井及下段盾构接收井布置为16×13.2m单井，其余9处暗挖竖井均采用在线双井布置，即在每条隧洞上各设1座6×8m竖井。
浅埋暗挖隧洞开挖采用台阶法施工，主要施工程序及方法为圆形双洞形式，开挖洞径4.6m，两条隧洞中心距一般为12.2m。初期支护采用双层钢筋网、喷射混凝土和钢格栅联合支护。
台阶法施工，拱部预先施作超前小导管注浆加固土体，待土体达到相应强度后，采用人工分上、下台阶开挖，根据地层情况一般每循环进尺0.5m，即每开挖0.5m，铺设第一层100×100ф600钢筋网，架设一榀钢格栅，焊接格栅纵向联结筋，铺设第二层100×100ф600钢筋网喷射250mm厚C25喷混凝土初支，每完成两榀钢格栅架设后，施作一排环向的超前小导管并注浆一次，同时封闭一次掌子面，待超前小导管注浆加固土体达到强度后，进行下一循环的施工。
台阶法施工，预加固前方土体后，先环向开挖上部土体，为稳定掌子面，预留核心土，核心土正面投影面积不少于上台阶开挖面积的一半，然后挂第一层钢筋网初喷一层早强混凝土，架设钢格栅，施打径向锚杆，挂网喷射混凝土。为防止拱脚下沉，拱脚设置锁脚锚杆。上部初支完成后，及时跟进开挖核心土，架设下部钢格栅，并喷射混凝土。台阶长度根据地质及掌子面的渗水情况，选择合适的长度。
隧洞防水采用全外包柔性防水层。二次衬砌采用C30防水抗渗W8钢筋混凝土结构。在二衬混凝土灌注前，在二衬和防水层之间预留注浆管，在二衬结构施工完毕，达到设计强度后，补压水泥浆，使衬砌背后充填密实。步骤说明见下表：
隧洞台阶法施工步骤及说明表
3 浅埋暗挖法适宜性
3.1 对地层的适应性
浅埋暗挖法作为城区输水工程的施工方法时，对地层的适应性较广，对覆土厚度没有特殊要求，最浅可至1m。适用于都市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布且对地表沉降要求严格情况下修建地下管道。但水是浅埋暗挖法成败的关键，因此在地下水位高于隧洞的条件下，应落实地面建筑和地下管线情况，分析是否具备全线拆迁征地进行降水的条件；探明工程地质和水文地质条件，研究降水难易程度；综合比较拆迁和工程投资、沉降要求和安全风险后确定工法。
采用浅埋暗挖法施工要求开挖面具有一定的自稳性和稳定性，工作面土体的自立时间，应足以进行必要的初期支护作业。在无水情况下，在粉质粘土、级配砂卵石地层等自稳能力好、可灌性高的地层中浅埋暗挖法施工容易；在含水量较大的粉土、细砂等松软地层采取堵水或降水措施后也能适用，需采取管棚支护、掌子面注浆等辅助工法。
而遇到地下水位较高的地层时，大深度、大范围降水可能会对周围环境造成破坏（如导致地面沉陷、地下水流失等），同时，大范围的淤泥质软土渗透系数较小，即使水位降至设计高程，其中的孔隙水难以排出，土体含水量仍较高，土体自稳性仍较差，土体注浆效果差，影响施工安全。而且也会使工程造价偏高。
3.2对结构断面形状的适应性
浅埋暗挖法对断面结构形状适应性强，无论输水隧洞采用圆形或矩形断面，包括铁隧道采用的马蹄形、以及其它地下工程采用的多跨联拱等形状，都可以轻易地做成，而且对不同结构断面转化，衔接都较容易。
3.3施工安全性和质量
浅埋暗挖法施工，虽然拱顶有导管或者管棚护顶，但掌子面是敞开的，掌子面的稳定关系到隧道本身和地面的安全，所以要保障超前小导管注浆质量，严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并侧定注浆固结体的强度，选定最佳配合比。 同时在注浆过程中严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物的异常现象。
支护施工主要由人工完成，施工质量人为因素较多，要做好质量监督工作。一衬喷砼质量，二衬混凝土浇筑质量，二衬施工缝、变形缝质量是施工技术要点。
从南干渠工程实践来看，只要地质条件较好，或者降水后地下水位符合条件的情况下，浅埋暗挖施工还是比较安全的，其地表的沉降量也能控制在设计范围内，满足工程需要。
3.4施工工期与经济性
浅埋暗挖法施工工期不受施工机械设备的制约，考虑材料运输经济性和混凝土泵送设备输送距离，兼顾永临结合，暗挖竖井间距控制在1km左右较为合理，施工工期为2.5年。当然，根据需要，可以适当减小竖井间距，缩短工期，而增加的成本有限。
从总体水平看，目前大部分施工企业还是属于劳动密集型的，人工费用较低，机械费用较高，浅埋暗挖法主要靠人工施工，工艺简单，利于控制工程造价。
4 结论
通过工程实践检验，相比于需要进口大型机械的盾构工法来说，浅埋暗挖法施工工艺简单，灵活性强，适合在粘土、壤土和卵砾石地层中建造隧洞，对隧洞断面、线形、覆土有很好的适应性，在无地下水的条件下优势明显。
但在地下水位较高的地层中采用浅埋暗挖法，机械化程度低，需要施工降水及加强支护，易发生地面沉降，施工质量与安全性不易控制。而且工程造价较高。
浅埋暗挖法是修建大口径城市输水隧洞的重要工法，在设计和施工中，还需要根据实际情况，因地制宜地选择。
参考文献：
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.安徽：安徽教育出版社，2004.
[2]北京市水利规划设计研究院.北京市南水北调配套工程南干渠工程初步设计报告[Z].2008.
[3]王心毅 张波 郑继强.浅埋暗挖法的施工适应性及展望[J].交通标准化，2011（9）：64-68.
论文作者:毕然
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/11
标签：隧洞论文; 干渠论文; 工程论文; 地层论文; 竖井论文; 断面论文; 混凝土论文; 《建筑模拟》2018年第5期论文;