管廊布設(shè)下的洞門施工技術(shù)及事故應(yīng)急處理

張 君

（上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司，上海市 200060）

0 引言

地鐵工程處于城市復(fù)雜建設(shè)環(huán)境中，其建設(shè)周期較長(zhǎng)，工序間的交叉或施工順序的先后常會(huì)伴著風(fēng)險(xiǎn)的潛藏，處理不當(dāng)就會(huì)引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故。地鐵隧道位于市政管廊下方，二者施工常因客觀條件的制約而發(fā)生沖突。

1 洞門施工風(fēng)險(xiǎn)事故及應(yīng)急處理措施

1.1 設(shè)計(jì)工況

無錫地鐵3 號(hào)線一期工程盛岸站東端頭為盾構(gòu)隧道接收洞門，洞門施工在盾構(gòu)隧道貫通后進(jìn)行，車站東端頭隧道埋深16.44 m。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為地連墻，端頭采用三軸攪拌樁+三管高壓旋噴樁進(jìn)行加固。隧道上方有一斷面3.1 m×2.6 m 的電力管廊，沿隧道縱向呈東西走向，管廊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)底標(biāo)高為-4.2 m，換填厚度0.8 m，端頭地面標(biāo)高為2.49 m。管廊與隧道位置關(guān)系見圖1、圖2。

圖1 隧道與電纜廊道平面關(guān)系圖

圖2 隧道與電纜廊道立面關(guān)系圖（單位：m）

設(shè)計(jì)施工順序：車站端頭加固→電纜廊道施工→盾構(gòu)接收→洞門施工

1.2 事故經(jīng)過

本工程在進(jìn)行隧道管片零環(huán)拆除工作中，對(duì)洞門周邊以及隧道內(nèi)起始的3 環(huán)正環(huán)管片壁后注雙液漿，并通過管片螺栓孔檢查止水效果，確定已完全止水后進(jìn)行切割零環(huán)管片工序，當(dāng)切割至隧道外側(cè)8點(diǎn)鐘位置，準(zhǔn)備施工柔性接縫時(shí)，在該部位突然發(fā)生涌水涌沙，涌水量約0.5 m3/s，發(fā)生險(xiǎn)情。事故涌水點(diǎn)位于車站東端頭左線地表往下14.16 m 的位置，見圖3。

圖3 涌水、涌沙立面位置示意圖

1.3 應(yīng)急處理措施

（1）封閉原有交通，緊急交通導(dǎo)改。工地圍擋外側(cè)為既有交通道路盛岸路，20 世紀(jì)70年代的老舊房屋與端頭井最近距離為23.8 m，周邊環(huán)境較為復(fù)雜。所施工位置處于繁忙交通道路中，若持續(xù)涌水涌沙將會(huì)使地鐵車站及上方市政道路路基土層持續(xù)發(fā)生脫空，導(dǎo)致土體出現(xiàn)沉降，而后極有可能影響周邊管線及既有道路的正常運(yùn)行，甚至危及附近民房，進(jìn)而引發(fā)一系列重大公共安全事故。

（2）隧道內(nèi)部止水。水土流失嚴(yán)重會(huì)引發(fā)后續(xù)災(zāi)害，對(duì)隧道產(chǎn)生威脅。迅速調(diào)集設(shè)備物資進(jìn)行封堵及注漿處理：從隧道管片上開孔注漿，先打開噴涌點(diǎn)上方注漿孔，向孔內(nèi)先注入聚氨酯，待聚氨酯遇水膨脹對(duì)水流進(jìn)行阻擋后再注入雙液漿（砂漿+水玻璃）進(jìn)行填充加固，將管片與隧道壁間空隙填滿，增加背襯強(qiáng)度。按此方法依次打開涌水點(diǎn)周邊管片上的注漿孔繼續(xù)以上步驟注漿，直至完全阻斷水流。

（3）坑內(nèi)實(shí)施抽水、反壓，從噴涌點(diǎn)口部進(jìn)行封堵。調(diào)運(yùn)大功率多臺(tái)抽水泵，將基坑內(nèi)積水及時(shí)向外抽排，同時(shí)向基坑內(nèi)迅速回填沙袋，反壓于涌水涌沙位置，見圖4。

圖4 坑內(nèi)反壓封堵現(xiàn)場(chǎng)圖

（4）坑外注漿。在涌水位置旁于基坑外側(cè)從地面引孔（使用高效鉆機(jī)設(shè)備，贏得搶險(xiǎn)時(shí)間），從地面引好的孔內(nèi)注入聚氨酯達(dá)到快速止水，然后注入雙液漿（砂漿+水玻璃）再次進(jìn)行封堵，見圖5。

圖5 地面引孔注漿

（5）加密監(jiān)測(cè)。對(duì)隧道內(nèi)部及沿隧道長(zhǎng)、寬方向各2 倍基坑深的范圍內(nèi)對(duì)地面、周邊建筑物加密監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)巡查力度。

（6）地層加固。運(yùn)用聲波探測(cè)地層疏密情況，判斷水土流失狀態(tài)。對(duì)于探測(cè)到的薄弱地層采取從地面鉆孔注入雙液漿，填補(bǔ)地層內(nèi)的疏松、空洞部位，提高地層強(qiáng)度。

1.4 事故原因分析

（1）土層性質(zhì)原因。事故涌水點(diǎn)位于地表下14.16 m 的位置，根據(jù)勘察資料成果顯示，該部位地層為④2砂質(zhì)粉土層，土層滲透性較好，屬中等透水性地層，為微承壓水層。

（2）隧道上方電力管廊的影響。電力管廊的施工破壞了已完成的基坑外側(cè)止水帷幕。隧道上方的電力管廊基坑采用放坡開挖方式，最大開挖深度約為地表下7.69 m，與隧道頂垂直距離最短為2.84 m，此開挖深度已進(jìn)入地層性質(zhì)較差的④2砂質(zhì)粉土層，場(chǎng)地的地表水與地下水建立了連通，加大了隧道地下水水頭高度，人為地制造了滲水通道，見圖6。

圖6 電力管廊內(nèi)部滲水照片

（3）氣候影響。受多日持續(xù)降雨影響，地下水補(bǔ)給量猛增，場(chǎng)地地下水水位抬高，動(dòng)水頭壓力加大。

（4）交通影響。場(chǎng)外道路交通流量較大，多有重型車輛駛過，在車輛行駛動(dòng)荷載作用下，進(jìn)一步增大了地下土層內(nèi)應(yīng)力。

根據(jù)以上多重因素綜合分析，事故地段圍巖類別差，④2砂質(zhì)粉土層土層強(qiáng)度較低，受外部動(dòng)荷載及水位增大產(chǎn)生的動(dòng)水頭壓力作用下，該層土體承載力急劇降低，流水夾帶泥沙形成水狀混合物，產(chǎn)生液化、流沙現(xiàn)象，從而造成突涌。

2 洞門施工技術(shù)

洞門襯砌為內(nèi)徑5 500 mm，外徑6 700 mm 的鋼筋混凝土環(huán)圈。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C 40，抗?jié)B等級(jí)P10，主筋保護(hù)層50 mm，間距150 mm。鋼筋焊接成型，鋼筋與鋼板可靠焊接。

2.1 洞門形式

（1）內(nèi)嵌式洞門。拆除零環(huán)管片后，管片進(jìn)出洞環(huán)端面距車站內(nèi)襯墻400～800 mm，即洞門寬度在400～800 mm 范圍時(shí)，采用內(nèi)嵌式洞門，見圖7。

圖7 內(nèi)嵌式洞門構(gòu)造圖（單位：mm）

（2）內(nèi)嵌-外凸式洞門。拆除零環(huán)管片后，管片進(jìn)出洞環(huán)端面距車站內(nèi)襯墻小于400 mm，采用內(nèi)嵌-外凸式洞門，見圖8。

圖8 內(nèi)嵌-外凸式洞門構(gòu)造圖（單位：mm）

（3）外凸式洞門。零環(huán)管片凸出內(nèi)襯結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不大于400 mm 時(shí)，采用外凸式洞門，見圖9。

圖9 外凸式洞門構(gòu)造圖（單位：mm）

2.2 施工步驟

2.2.1 測(cè)量

施工放樣，確定隧道中線（若有調(diào)線以調(diào)整后的隧道中線為準(zhǔn)）定位。按設(shè)計(jì)圖紙放出結(jié)構(gòu)尺寸線，根據(jù)測(cè)量的結(jié)構(gòu)尺寸線進(jìn)行下料交底，控制好精度。

2.2.2 零環(huán)拆除

（1）拆除零環(huán)管片前對(duì)洞門周邊，以及起始的3環(huán)正環(huán)周邊注雙液漿，通過管片螺栓孔檢查止水效果，在確定止水完全后拆除零環(huán)。施工要點(diǎn)：

注漿及止水效果檢查。在各環(huán)上、下、左、右四個(gè)位置，通過注漿孔探孔，探孔深度為深入管片外30 cm，觀察管片上下、兩側(cè)的注漿孔是否有漏水情況，若存在漏水現(xiàn)象，則進(jìn)行二次注漿（采用雙液漿，雙液漿配合比為水泥：水=1∶1，水玻璃：水泥=0.8∶1）。注漿完成后，再次進(jìn)行止水效果檢查，判斷洞門密封質(zhì)量，如此反復(fù)進(jìn)行，直到所有孔位打穿后無水漏出時(shí)停止注漿。

（2）切割或拆除管片時(shí)不損壞相鄰管片。

2.2.3 人工清渣

管片拆除后及時(shí)清理暴露面的浮渣。對(duì)于侵入限界的凝固砂漿，少量的人工用鋼釬鑿除，也可采用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除。鑿除后將基面清理干凈，控制基面凹凸度D/L＜1∶8。

2.2.4 鋼筋施工

（1）鋼筋焊接加工

a.鋼筋焊接使用焊條、焊劑的牌號(hào)、性能以及使用的鋼板及型鋼符合規(guī)范要求和有關(guān)規(guī)定。

b.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙或料單進(jìn)行鋼筋下料，焊接成型時(shí)，焊接處不得有水銹、油漬、缺口、裂紋，無較大金屬焊瘤。

（2）鋼筋成型與安裝

a.鋼筋安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，外凸式、內(nèi)嵌-外凸式洞門需在內(nèi)襯墻上植筋以便將洞門緊密地與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)連接在一起，植筋長(zhǎng)度不小于20 d。

b.鋼筋的鋼種、根數(shù)、直徑、級(jí)別符合設(shè)計(jì)要求，同一根鋼筋上在30 d、且小于500 mm 的范圍內(nèi)只設(shè)一個(gè)接頭，綁扎或焊接接頭與鋼筋彎曲處相距不小于10 倍主筋直徑，且不位于最大彎矩處。

c.鋼筋搭接采用搭接焊。鋼筋骨架以梅花狀點(diǎn)焊或綁扎成型，并設(shè)限位筋，保證鋼筋位置準(zhǔn)確。

d.保證焊接成型的鋼筋網(wǎng)片或骨架穩(wěn)定牢固，在安裝及澆筑混凝土?xí)r不松動(dòng)、不變形，鋼筋與模板間設(shè)置足夠數(shù)量與強(qiáng)度的墊塊，確保鋼筋的保護(hù)層厚度。

e.洞門鋼筋與隧道進(jìn)洞環(huán)預(yù)埋鋼板焊接牢固，后澆部分與管片密貼、穩(wěn)固，保證洞門與隧道剛性連接。

2.2.5 鋼管施工腳手架搭設(shè)

搭設(shè)門外洞門施工人員腳手架操作平臺(tái)，橫距1 500 mm、縱距1 200 mm、步距1 800 mm，施工操作平臺(tái)腳手架的搭設(shè)嚴(yán)格按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行施工，掃地桿、斜桿、剪刀撐加固，在頂部操作平臺(tái)搭設(shè)護(hù)欄。

2.2.6 防水施工

防水是洞門工程施工的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，防水效果是通過第一道到最后一道各工序防水環(huán)節(jié)的質(zhì)量來綜合體現(xiàn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)做得不好，都有可能對(duì)整體防水效果產(chǎn)生很大的影響，因此必須加強(qiáng)施工過程控制，把好每一道工序的防水質(zhì)量關(guān)。

內(nèi)嵌-外凸式洞門防水采用6 道遇水膨脹止水條，洞門管片端面及背面各貼一道20 mm×10 mm緩膨型遇水膨脹橡膠止水條，鋼環(huán)內(nèi)弧面貼兩道緩膨型遇水膨脹止水條，車站頂/底板面貼兩道緩膨型遇水膨脹止水條。遇水膨脹橡膠止水條延伸使用時(shí)，接頭處采用水平重疊的方法進(jìn)行搭接，搭接長(zhǎng)度100 mm，并用高強(qiáng)釘加以固定，安裝路徑閉合成環(huán)，中間不留斷點(diǎn)。內(nèi)嵌式與外凸式采用4 道遇水膨脹止水條，洞門防水示意見圖10、圖11。

圖10 內(nèi)嵌式洞門防水示意圖

圖11 外凸式洞門防水示意圖

由于鋼筋綁完成后進(jìn)行止水條的安裝存在一定的難度，故為達(dá)到止水效果，施工采取在鋼筋綁扎前進(jìn)行止水條的安裝。施工控制要點(diǎn)：

（1）遇水膨脹橡膠止水條粘貼平順，不能出現(xiàn)脫膠、起鼓、歪曲現(xiàn)象。

（2）在止水條外涂緩膨脹劑，控制止水條安放時(shí)間，以保證在其發(fā)生膨脹之前（5 h 左右）灌注混凝土，防止暴露時(shí)間過長(zhǎng)因潮濕或不可避免的沾水提前膨脹扭曲。

（3）止水條在管片及基面上固定牢靠后，在施工中加以保護(hù)，謹(jǐn)防碰撞。

（4）沿外貼式止水帶外沿割除洞門處預(yù)留的多余防水板，以保證洞門后續(xù)混凝土澆筑的密實(shí)。混凝土澆注前對(duì)止水條全面檢查，確保未發(fā)生變形后立即澆注混凝土，否則重新安放。

（5）注漿管沿著洞門一圈鋪設(shè)，注漿導(dǎo)管4～5 m布置一個(gè)。

2.2.7 混凝土施工

施工控制要點(diǎn)：

（1）加固模板，清除模板內(nèi)的雜物。模板架立牢固、嚴(yán)密，尤其是擋頭板，不能跑模，避免出現(xiàn)水泥漿漏失現(xiàn)象。

（2）混凝土坍落度控制在16～18 cm，確保混凝土的和易性，出現(xiàn)離析的混凝土不得使用。

（3）洞門為密封罐式模板，工作面狹小混凝土澆注難度較大，施工中采用細(xì)石混凝土。

（4）混凝土充滿整個(gè)模型，拌合物入模做到均勻不離析。澆筑速度不宜過快（按3m 3/h 的澆注速度進(jìn)行），施工過程中嚴(yán)禁外來水滲透到正在澆灌的混凝土中。

（5）洞門頂部預(yù)留混凝土澆搗孔，混凝土分層灌注。振搗棒等距離插入，均勻地?fù)v實(shí)全部混凝土，插入點(diǎn)間距小于振搗半徑的1 倍。每層灌注時(shí)振動(dòng)棒插入下層深度不小于5 cm，振搗時(shí)間為10～30 s。前后兩次振搗棒的作用范圍相互重疊，避免漏搗和過搗，振搗時(shí)不觸及鋼筋和模板。洞門每一部分混凝土澆注完成后用小錘敲擊內(nèi)模，檢查有無空鼓現(xiàn)象，以確保混凝土的密實(shí)度。

（6）混凝土澆注時(shí)，左右對(duì)稱，先下后上，由后向前有序進(jìn)行，每次連續(xù)灌注，以減少接縫造成的滲漏現(xiàn)象。

2.2.8 混凝土的養(yǎng)護(hù)及模板拆除

（1）混凝土灌注完畢12 h 后拆除端模，并及時(shí)養(yǎng)護(hù)。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100% 后拆除底模及腳手架并繼續(xù)做好混凝土養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制混凝土的開裂。

（2）拆模、拆除腳手架時(shí)遵循先上后下，先非承重后承重的原則。

3 結(jié)語(yǔ)

因空間、時(shí)間多因素的制約，地鐵隧道和市政管廊工程的施工常存在交叉，先施工管廊必然破壞車站端頭土體止水帷幕，形成補(bǔ)水通道，給隧道盾構(gòu)接收及洞門施工帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故后的損失也將會(huì)不可估量；而若等洞門施工完成后再施工市政管廊，則又會(huì)對(duì)兩者的施工帶來許多障礙，也會(huì)造成整個(gè)建設(shè)工期的延長(zhǎng)。如何平衡兩者間的施工關(guān)系以達(dá)到安全、保質(zhì)、如期完成整個(gè)建設(shè)任務(wù)，一方面，從施工層面，需要進(jìn)行多方案的比選及優(yōu)化，采取最佳的施工方案；另一面，從設(shè)計(jì)角度，也可從以下幾方面再做進(jìn)一步考慮：

（1）為避免車站端頭處土體止水帷幕的破壞，給隧道盾構(gòu)接收及后期洞門施工增加風(fēng)險(xiǎn)，可將車站端頭土體加固區(qū)域內(nèi)的市政管廊設(shè)計(jì)后施工，同時(shí)用軟件模擬/計(jì)算此條件下管廊基坑開挖對(duì)成形隧道的影響程度。

（2）在先行施工市政管廊的條件下，增設(shè)管廊施工完成后該區(qū)域土體的隔水措施或止水帷幕的修復(fù)設(shè)計(jì)。

（3）隧道洞門形式盡可能設(shè)計(jì)為外凸式，避免其它形式的洞門施工需在成形隧道內(nèi)對(duì)管片進(jìn)行切割、拔除，對(duì)隧道壁產(chǎn)生擾動(dòng)或破壞，從而引發(fā)隧道內(nèi)涌水、涌沙等風(fēng)險(xiǎn)事故。