談隧道施工承壓水突涌風險安全預控與搶險對策

柏友剛

摘要：隨著成都鐵路網密度的增加和地下開發的限制，間隔隧道越來越深。新建軌道線路區間縫隙位于⑤2層砂淤細密閉含水層和⑦層淤泥細砂層。在承壓水地層推進過程中盾構機突涌數量不斷增加的情況下，尋找和完善承壓水域涌浪風險的安全預控和應急預案非常重要。結合成都軌道交通工程建設中盾構機升級改造的經驗，針對盾構機升級改造、進出隧道、旁路通道等重大施工危險源的特點，提出了安全預控和應急響應措施。盾構機施工過程中的加壓進水風險為未來盾構機施工提供參考和指導。

關鍵詞：軌道交通;車站;深基坑;承壓水;突涌風險;應急搶險

引言：基坑底部是有限的含水層，其上覆土層透水性很差（可以認為是不透水的），基坑開挖降低了其上覆地層的壓力，上覆土層以下的圍封含水層的水力作用導致基坑底部地面抬高，并伴有泄水和噴砂問題，即突涌。基坑工程突然涌水，極有可能破壞圍護結構，危及周邊環境安全。對此，迫切需要找到一種目標控制方法，防止基坑突涌。

一、相關研究概述

以盾構施工風險為目標進行相關研究中，宮本福等[1]分析盾構事故的成因、施工過程和副作用、始發、到達，針對其他風險因素，提出了地鐵盾構施工風險管理的技術措施。崔九江[2]通過國內外盾構施工情況分析，提出了避免盾構隧道施工危險點的對策。曹景珍等[3]以廣州地鐵為工程背景，介紹了盾構隧道施工面臨的風險及施工對策。郭宏元[4]分析了對上海地區砂土層內外土壓平衡盾構隧道的各種噴砂條件進行了分析，提出了防滲堵漏等具體施工技術措施。范祥熙等[5]通過數值分析探討了預加固與降水相結合的含砂富水復合地層連通通道的施工技術方案。

盾構隧道的發展主要由盾構機械設備及相應的設計施工技術驅動，而盾構機的發展與基礎產業發展水平和地下工程實際需求密切相關。30年來，盾構機制造、施工技術和工程成果均取得突破。通過解決土壓平衡、泥水平衡、盾尾密封、隧道防水等一系列技術難題，盾構技術進步更快更好，但面臨的問題也更多。盾構隧道為裝配式結構，具有“薄壁、多縫、低剛度、高風險”的特點，但整體剛度較小且較脆，抗外力破壞能力較差。在沙質土壤中容易斷裂，拼裝結構在施加水壓時容易斷裂。結合成都地區盾構機升級改造經驗，針對盾構機升級改造、入口隧道、旁路通道等施工風險的關鍵特征，提出入侵風險的安全預控和應急處置措施是非常重要的。

二、盾構機推進施工

（一）盾構推進液壓系統工作原理

1、推進模式

推進模式是一種用于控制盾構機前進的系統模式，主要提供推力來推動盾構前進，反作用力推進液壓缸頂到管片。管片固定，當液壓缸推動管片時，反作用力均勻，使盾牌向前移動。通過控制比例變量泵和比例減壓閥，改變盾構機的推進速度和姿態。調整部分作業區，通過調節液壓缸的壓力來改變盾構掘進的方向。主要工作原理為前進時，電磁換向閥9工作于右邊的位置，壓力油通過比例減壓閥1、電磁換向閥9、液控單向閥6進入推進液壓缸的無桿腔。片上返回力將屏蔽向前推。單向閥用于防止液壓缸膨脹和縮回。液壓缸伸展，并向后推動該段，向前推動護罩。單向閥用于防止液壓缸膨脹和縮回。

2、管片拼裝模式

通過控制推進液壓缸的快速伸縮，可以實現分段的快速裝配管片模式。裝配方式的原理是當液壓缸快速展開時，推進原理與液壓缸展開時相同，唯一的區別是

第一連接電磁球閥（3）打開，首聯插裝閥（2）打開，壓力油通過（2）與第一連接插裝閥的比例壓力進入液壓缸的無桿腔，使液壓缸快速膨脹。當液壓缸快速縮回時，電磁換向閥（9）工作在左位，壓力油同時通過第一組合插裝閥（2）和比例減壓閥（1）進入液壓缸的桿腔。此時，給重疊電磁球閥（5）通電，重疊插裝閥（4）打開，回油可通過液控單向閥（6）和重疊返回油箱插裝閥（4），使液壓缸可以快速退出。縮回時，必須先通過卸荷閥（7）卸壓，以實現液壓缸快速縮回，減少壓力沖擊。

（二）螺旋機出土孔防噴

防治螺桿機鉆孔噴砂漏砂主要是落實設備保修管理制度。目前的盾構機配備兩個閘門以加強防爆控制，一些施工單位在開挖口處增加了手動閘門。如螺桿機噴水、噴砂時，應及時關閉兩道閘門，反轉螺桿機。

三、盾構機進出洞

（一）盾構機進出洞地層加固共性問題

盾構機進出料口的加固對安全來說非常重要。如果在排水過程中地下室連續墻有外部塌陷孔，則必須在加固土壤之前對其進行處理，以確保墻/土壤之間不存在“豎向”接縫。當盾構隧道出入口加固區域包括砂土、淤泥層（如3土層）等不利土層時，一般采取加固措施。目前，接受盾構機起始長度6.0m和3.5m長度的一般加固已經很少。如果施工現場有條件，加固長度將增加到11.0m以上。不使用任何條件，采用MJS或額外的冷凍加固。一般采用盾構機長度加上2.0m長度，進行全深度加固。

常用的加固方法有SMW法、MJS法、高壓注樁法、冷凍法等，一般采用一種或兩種方法來保證洞內外土體的穩定性。在特殊情況下，同時使用兩種或多種加固方法。對于實心鋼筋，應優先采用能保證垂直度和均勻度的方法。因此，不建議使用噴樁進行大面積加固。若洞門埋深較深，出入口標高位于承壓水位，或頂部有地下構筑物（構筑物），建議采用雙重加固措施，也就是說，采用水泥基增強材料輔以冷凍法或鋼套等對策。

（二）盾構機進出洞施工防水

傳統的盾構掘進方法是加固墻外土，加固加襪壓井，必要時減壓。當盾構機推動整個隧道或至少100環時，可以實施永久井口封閉。盾構機進洞的風險還要防止三條縫的漏水現象。常用的入孔方法有：反襪套、環板、氣囊、彈簧鋼板、割盾尾（或留置盾尾）、孔環中的冷凍環管、鋼套筒/盒和開孔法。輔助作用包括多孔進入、管段拉動、箍注漿和井點脫水。盾構機進孔后，應盡快焊接密封鋼板，密封孔圈。

四、井承壓水突涌預控對策

（一）勘察

1.檢查承壓水地層形成情況。工程調查階段需要確定下部承壓含水層的深度和邊界，土層變化位置的測點應致密，間距應小于15m。

2.水文勘察。對經勘察計算存在承壓水突涌風險的基坑，應進行專項水文勘察和抽水試驗。

3.查明土層水力參數。應確定各受約束含水層的各土層的約束性和滲透系數、水力連接、進水量和影響半徑等水文地質參數，作為降水設計和降壓及實施井的依據。

4.探明地下水位的變化。雖然壓水水的水位總體上是穩定的，但隨著季節和區域工程降水存在一定的變化，后續的降水設計和開挖必須根據水位的變化進行動態調整。

5.合理布置勘探孔。而基坑周圍的探孔應設置在距圍護結構（地下連續墻）外側2m處，探孔的導流可以防止承壓水突涌進入坑側，防止挖掘過程導致圍墻附近的水和土壤流失，必須在基坑外安裝用于勘探的波速管（如有）。

6.壓力井組施工完成后，應進行組井抽水試驗，確定降壓、排水作業參數。根據開挖深度逐漸減小，根據試車結果開挖深度決定井組作業。在制承壓水頭控制足以滿足基坑穩定性要求的情況下，應盡量減少限制水位的降低，以控制降水對環境的影響。

（二）地下連續墻質量控制

為阻隔坑內坑內外承壓水的連接，宜采用隔斷式止水帷幕，止水帷幕必須深入含水層至少3m。當止水帷幕不能完全封堵有限含水層時，應結合差異化按需降水規劃和環保要求，合理確定止水帷幕埋深。根據以往工程實踐，當止水帷幕底部與泄壓井底部垂直距離大于10-15m時，滿足開挖要求，基坑內降水對周圍環境影響較小。

五、結語

承壓水突涌容易導致基坑失穩，附近既有建筑物（構筑物）也會受到不同程度的影響。在可能的情況下，應使用降水方法來防止進水。在本文中，我們討論了各種控制策略，希望所提出的內容可以作為類似項目的參考。

參考文獻：

[1]宮本福，楊志勇.北京地鐵盾構施工風險控制技術研究[J].鐵道標準設計，2018，62（6）：100-114.

[2]崔玖江. 盾構隧道施工風險與規避對策[J].隧道建設，2019（4）：377-396.

[3]曹晶珍，李俊偉.過江隧道盾構法施工風險分析及控制[J].地下空間與工程學報，2012（增刊2）：211-214.

[4]郭紅遠. 盾構在砂性土層中進出洞施工的風險控制[J].城市道橋與防洪，2011（6）：18-21.

[5]樊祥喜，王樹英，皮圣等.含砂礫富水復合地層地鐵聯絡通道施工風險分析與控制研究[J].中國安全生產科學技術報，2015，11（9）：144-149.

[6]王純亮. 盾構施工中推進系統常見問題分析與處理[J].工程機械與維修，2021（03）：91-93.

[7]趙鵬飛. 地鐵聯絡通道及泵站凍結法施工研究[J].工程機械與維修，2021（03）：152-153.

[8]賈明杰. 軟土地基中特殊環境下的承壓水突涌風險控制[J].中國高新科技，2020（19）：80-81.

[9]王如路. 隧道施工承壓水突涌風險安全預控與搶險對策[J].隧道與軌道交通，2020（01）：1-6.

[10]王如路. 軌道交通地下車站深基坑施工承壓水突涌預控對策與應急策略[J].隧道與軌道交通，2019（03）：5-10.

[11]張斌. 盾構在礦山法隧道內進出洞施工技術[J].低碳世界，2018（05）：254-255.