西四環(huán)暗涵工程是南水北調(diào)北京段的工期控制性工程，該工程穿越京廣線（西長線鐵路橋）、大臺(tái)線鐵路橋、五棵松地鐵站、水源三廠分水口、新開渠分水口、永引渠分水口、團(tuán)城湖分水口。工程全長12.54公里，由1.37公里長2孔3.8×3.8米明挖施工方涵、210米長2孔3.8×3.8米暗挖施工方涵、10.96公里長2孔4.0米直徑淺埋暗挖圓涵及出口閘四部分組成。

工程創(chuàng)多項(xiàng)世界之最

2006年7月15日，國務(wù)院南水北調(diào)辦正式頒布實(shí)施由南水北調(diào)北京質(zhì)量監(jiān)督站組織編寫的《南水北調(diào)中線一期北京西四環(huán)暗涵工程施工質(zhì)量評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（NSBD2-2006）。暗涵是2007年11月23日竣工的，自2008年黃壁莊水庫輸水進(jìn)京后，一直通著水；每天都有人監(jiān)測，運(yùn)行良好。

頂上是百噸重的地鐵列車來回不停穿梭從拱頂呼嘯而過，土層之下是隧洞開挖地動(dòng)山搖的轟鳴。如此疊床架屋的場景，豈止是險(xiǎn)象環(huán)生。西四環(huán)暗涵工程創(chuàng)下暗涵結(jié)構(gòu)頂部與地鐵結(jié)構(gòu)距離僅3.67米、地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降值不到3毫米的紀(jì)錄，挑戰(zhàn)了極限，創(chuàng)下了多項(xiàng)世界之最。下層掏空，必然會(huì)使地面出現(xiàn)沉降，全世界的工程學(xué)界都認(rèn)定“天經(jīng)地義”，但重點(diǎn)是究竟沉降多少？僅是毫米之差，就顯現(xiàn)出技藝高超與低下的天壤之別。這項(xiàng)“不可能”完成的任務(wù)，最終得以完成。

穿越地鐵五棵松站的較量

其中，穿越北京地鐵五棵松站是世界上第一次大管徑淺埋暗挖有壓輸水隧洞，近距離穿越地鐵下部。3毫米——1粒稻米的高度，相對(duì)于一個(gè)深埋地下十多米、直徑5米左右、長近1.5公里的隧道來說微乎其微，比例懸殊。地下建筑物沉降的國際通行標(biāo)準(zhǔn)是7毫米，號(hào)稱世界地下工程超級(jí)大國的日本歷經(jīng)百年發(fā)展，目前沉降控制還是5毫米。西四環(huán)暗涵下穿五棵松地鐵車站工程位于西四環(huán)五棵松路口，暗涵總長200米，為2孔4.0米直徑的圓形暗涵，呈南北走向，與東西向的地鐵五棵松車站近于直交，是國際首例大直徑壓力輸水隧洞，需近距離安全下穿正常運(yùn)營的地鐵車站。

為了能托住3毫米沉降，工程人員創(chuàng)新了各種施工工藝：對(duì)地鐵下面土層注漿加固，嚴(yán)密控制注漿壓力，防止過度注漿造成負(fù)沉降；增設(shè)了臨時(shí)仰拱，采取密排鋼拱架和初支外周邊注漿加固相結(jié)合的措施，控制地面結(jié)構(gòu)沉降；應(yīng)用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)全天候監(jiān)測，使施工全過程處于可控狀態(tài)等。施工采用淺埋暗挖法，這是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型隧道洞室暗挖施工的一種方法，為的就是“不斷路、不斷交通、不擾民”。大型機(jī)械下不去，每隔一段，要挖掘一個(gè)十幾米深的豎井，工人下到井里，用鐵鎬、鐵鍬小心翼翼地挖洞、鏟土，用最原始的方法和工具，一米一米地推進(jìn)，邊開挖邊澆筑。施工方在地鐵下方劃分3層，插入124根長15米、直徑110毫米的鋼管，再灌注水泥漿強(qiáng)化加固，鑄就了一個(gè)長25米、寬16米、高3.67米的“鋼鐵脊梁”，將偌大的地鐵站穩(wěn)穩(wěn)托住，牢牢控制了沉降值。在施工中，監(jiān)測到最大沉降值不到3毫米。2007年11月23日，西四環(huán)暗涵穿五棵松地鐵站工程勝利貫通。

技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)工程耐久、可靠

針對(duì)工程中的種種難點(diǎn)，科技人員在西四環(huán)暗涵工程中基于有限元仿真模擬技術(shù)和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)提出了適應(yīng)砂卵石地層、不同建筑物條件要求的圓形有壓輸水暗涵修建技術(shù)。根據(jù)輸水工程承受內(nèi)水壓力的特點(diǎn)以及輸水最優(yōu)斷面要求，通過仿真分析及實(shí)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有工藝的材料及施工方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首次提出了“新型小導(dǎo)管超前加固地層、圓形鋼格柵制作與連接、鎖腳錨桿注漿、雷達(dá)跟進(jìn)檢查”等新工藝。

根據(jù)結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)性程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將穿越建筑物的危險(xiǎn)性分級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)的工藝集成，提出了6類集成工藝技術(shù)體系。提出了雙線暗涵長距離小間距穿越立交橋基礎(chǔ)的集成工藝技術(shù)體系，解決了施工成洞困難、單洞輸水應(yīng)力偏異等技術(shù)難題。將暗挖傳統(tǒng)的馬蹄形斷面優(yōu)化為圓形斷面。

各種組合新技術(shù)的采用，使工程結(jié)構(gòu)及環(huán)境安全得到有效保證，各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)均無異常，保證了地鐵站、五棵松橋及暗涵結(jié)構(gòu)的安全。工程提出了適應(yīng)地層變形和抗震影響的有壓輸水暗涵復(fù)合式襯砌聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)及防水技術(shù)。通過有效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了復(fù)合襯砌聯(lián)合受力，在承受內(nèi)水壓力時(shí)有效利用了圍巖抗力，提高了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性及可靠性。

科技的創(chuàng)新是永無止境的，正是有了施工人員、科技工作者的不懈努力，才使“不可能”的工程變?yōu)椤翱赡堋薄Ｎ魉沫h(huán)暗涵安穩(wěn)地穿過23座大型立交橋、8座人行橋、2條鐵路、400余條盤根錯(cuò)節(jié)的管線，輸水管道與它們并行不悖，相安無事。