盾構隧道涌水涌沙施工事故處理措施

田茂海

（太原市軌道交通發展有限公司，山西 太原 030000）

自1969年10月中國首條地鐵（北京地鐵1期工程）投運以來，地鐵以其安全、準時、高速度、大運量、低污染等優點獲得各級政府及市民的廣泛關注。截至2018年底，全國共有在建地鐵線路258條（段），總計6374km，預計投資額達42688.5億元[1]。但是，由于地鐵建造深度增加，地下情況愈加復雜，地鐵施工事故頻次漸多。城市軌道施工事故可能造成極大的經濟損失，造成較為惡劣的社會影響，有必要對城市軌道施工事故進行有效預防及科學治理。對此，國內外研究學者進行了大量的研究，丁烈云[2]首次應用信息技術，進行地鐵工程施工安全風險控制，便于及時有效地采取施工控制和應急措施；胡群芳[3]收集了2003—2011年我國地鐵隧道施工事故數據，為風險管理實施提供了基礎資料，并為我國地鐵建設事故防范提供參考；高丙麗[4]提出基于模糊綜合評判法，確定不同管線的風險等級，給出不同安全風險等級的管線保護措施，建立地鐵施工鄰近管線安全風險評估體系，為管線安全管理控制提供了可靠依據。

1 隧道事故處理流程分析

文章的研究僅針對盾構隧道出現事故后的后續應急處理手段，并未涉及隧道修建過程中的施工規范及事故預防等方面。隧道事故處理流程如圖1所示。從圖中可以看出，盾構隧道挖掘出現事故（涌水涌沙）后，首先需要進行搶險救災，防止地面坍塌、周邊建筑物傾斜等災害惡化問題；同時，第一時間組織專家對災害原因進行分析，根據分析結果對事故搶險手段進行針對性指導。在搶險救災過程中，同時進行搶險過程中的監測（地面沉降、隧道變形等），用以指示搶險救災的效果。事故表征現象（涌水涌沙）基本消失，且監測數據穩定后，搶險過程結束。事故的發生可能對隧道質量產生較大的影響，因此為了災后隧道的使用能力，對隧道進行災后檢測及安全性評價。通過檢測結果確定隧道的適用性評定，通過安全性計算結果確定隧道的安全性評定，綜合確定隧道的性能。當災后隧道性能滿足設計要求時，隧道可正常使用；當災后隧道性能低于設計要求時，隧道需要對評價較低的檢測項進行針對性修復。在隧道修復完畢且穩定一段時間后，對隧道進行加固效果檢測，主要包括焊縫質量檢測、化學螺栓拉拔力檢測、鋼板及管片黏結質量檢測等不同的檢測項。根據檢測結果對隧道加固效果進行評價，若加固效果符合規范要求，則加固后隧道可正常投產使用，事故處理完畢。

圖1 隧道事故處理流程

2 太原某隧道事故處理工程應用

上文描述的事故處理流程是根據太原某隧道事故總結而來，并在太原事故中進行了工程應用。為了對該事故處理流程適用性及針對性進行詳細了解，文章首先介紹太原某隧道所處地質狀況及事故的簡單描述。太原某隧道主要穿越的地層為黏質粉土、砂質粉土、粉細砂。該隧道右線洞門出現涌水涌砂險情，短時間內涌水涌砂量迅速增大，造成右線區間第619環管片變形，隨著涌水涌砂量增加，右線區間第620環管片與第619環管片形成明顯錯臺，如圖2所示。

2.1 搶險救災關鍵技術及過程控制

盾構隧道挖掘出現事故（涌水涌沙）后，首先需要進行搶險救災。現有的針對涌水涌沙的施工技術相對成熟，主要有超前導洞排水減壓、注漿法堵水等，需要根據具體情況針對性選用，并根據專家災害原因分析對事故搶險手段進行針對性指導。另外，在搶險過程中需要在搶險救災過程中，同時進行搶險過程中的監測，主要監測項目有地表及建筑物沉降、深部點沉降、隧道收斂及錯臺、隧道拱頂及線型等項目。監測數據可以表明事故的影響程度，并指示搶險救災的效果，在監測數據基本穩定后，搶險救災過程基本結束。另外，監測數據是事故后進行數值分析的重要基礎。

圖2 隧道事故現場圖

例如，在太原某隧道事故發生后，軌道公司立即組織了相關單位及全線有經驗的專家進行事故原因分析。經分析，由于隧道區段處在高靈敏地層且采用了鋼套筒接收新工藝等因素，進而引發涌水涌泥突發事件，導致隧道下臥土體被掏空，襯砌環出現不均勻沉降和結構遭到破損。根據原因分析結果，針對性地采取相應手段進行搶險救災，采取“涌水點反壓+地面引孔注漿+隧道內徑向注漿”堵漏等措施。另外，監測單位對隧道上方地表及臨近的建筑物進行加密監測，如圖3所示。從圖中可以看出，險情發生后臨近的建筑物發生明顯沉降（＞13mm），說明隧道涌水涌沙對周邊地層帶來明顯損失。地面注漿后周邊建筑物沉降得到明顯控制，監測數據趨于穩定，搶險救災過程結束。

圖3 險情發生(左)及注漿后(右)地表沉降數據

2.2 事故后隧道現狀檢測及安全性評定

在盾構隧道發生事故后，管片間發生錯臺，連接螺栓存在拉伸，管片受到壓縮破損，隧道整體存在線型偏差，隧道表面存在破損。這一系列的病害可能導致隧道整體質量不符合設計要求，有必要對災害后隧道現狀進行檢測。根據太原地區現場實際情況，隧道現狀檢測主要工作如表1所示。

表1 隧道檢測工作任務及目的

基于區間隧道經歷的事故及現狀檢測數據，區間隧道結構安全性分析計算包括隧道結構的原設計工況和現狀工況。原設計工況包括原設計正常運營工況、正常施工工況，兩種工況下分別對襯砌結構環內承載力與裂縫進行校核。現狀工況分別對現狀下襯砌環安全性與環縫安全性進行評定，考慮出現環間錯臺、環縫破損以及周邊地層改變后的結構安全性和使用性。最后，基于現場檢測結果與計算校核結果，分別對結構安全性與正常使用性進行評級[5-8]。評級標準如表2所示。根據評級結果，可以對后續修復過程進行指導，評級結果為A級的隧道項目符合規范要求，不必采取措施；評級結果為B級的隧道項目略低于規范要求，不明顯影響使用，可不采取措施；評級結果為C級的隧道項目不符合規范要求，明顯影響正常使用，必須采取措施進行加固。

2.3 隧道不良狀況修復加固

根據結構安全性與正常使用性評級結果，針對性地采取措施對評級結果較低的隧道進行維護加固。維護加固的措施一般有地面空洞注漿、管片局部加固、環間內張鋼圈、內黏鋼板加固等措施。在太原某隧道事故中，采取地面、洞內注漿等工程措施，改善隧道結構的受力狀態，穩定隧道結構。但檢測及安全性評定結果表明結構環間抗剪安全儲備降低，結構使用性受到影響，應進行必要的修復處理。針對不同的受損情況，分別采取了不同的修復措施。

例如，對于安全性為B級的襯砌環（618～621環），鑒于其管片混凝土和部分連接螺栓受損，安全儲備降低，采用內張鋼圈法進行結構整體加固處理；對于安全性為C級的環縫，采用沿隧道環向黏結鋼板的方式進行環間抗剪加固，如圖4所示。

表2 安全性及使用性分級標準

圖4 隧道環向黏結鋼板現場圖

2.4 隧道修理后檢測

為掌握隧道結構修理后的健康狀態，需要在加固一段時間（隧道加固穩定）后對受損區間隧道修復后的加固質量進行檢測，確保修復后的隧道結構質量滿足設計要求。太原某隧道加固質量檢測項目包括隧道洞徑測量、焊縫質量檢測、鋼板及管片黏結質量檢測、化學錨栓拉拔力檢測。不同的檢測項目對應不同的隧道狀態數據，例如通過隧道洞徑測量確定隧道變形數據，通過焊縫質量檢測確定焊縫表面或內部的裂紋、氣孔、夾渣缺陷，通過化學錨栓拉拔力檢測錨固強度。通過這些數據評價隧道加固情況，若加固情況較差，需要重新進行加固。通常加固情況滿足設計要求，隧道即可正常使用。

3 結束語

文章在分析太原某隧道事故的基礎上，形成了盾構隧道事故后的一般處理流程，并且將事故處理流程應用于該太原隧道事故處理過程中，得到的主要結論及認識如下：（1）盾構隧道事故（涌水涌沙）后一般經過原因分析、搶險救災、過程監測、事后檢測、加固修復、修復后檢測等流程。通過過程監測確定搶險救災的效果并對其進行指導，通過事后檢測確定災后隧道結構的質量，通過修復后檢測確定加固修復效果。通過一系列流程相互關聯，形成了從盾構隧道事故發生到解決的完整處理流程。（2）將形成的盾構隧道事故處理流程應用在太原某事故隧道中，成功解決了太原某隧道事故。該工程應用充分證明盾構隧道事故處理流程較為可靠，可以為其余隧道事故提供借鑒。