地鐵聯(lián)絡(luò)通道雨水倒灌處置關(guān)鍵技術(shù)研究

程輝

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

近年來，為緩解交通壓力，各大城市地鐵建設(shè)步伐急劇加快，各類突發(fā)工程事故也不斷涌現(xiàn)，其中，聯(lián)絡(luò)通道便是地鐵區(qū)間隧道施工中極易出現(xiàn)突發(fā)事件的高風(fēng)險工序，聯(lián)絡(luò)通道上方面臨繁忙的市政道路、地下建構(gòu)筑物、各類管線、江河湖泊等風(fēng)險源，施工條件差，工程風(fēng)險高，在這種背景之下，如何靈活應(yīng)對施工中出現(xiàn)的各類風(fēng)險，解決聯(lián)絡(luò)通道的施工風(fēng)險并做好后續(xù)的修復(fù)施工，是凍結(jié)法施工中亟需解決的難題。本文以南昌地鐵4 號線火炬站-北瀝站盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道因雨水倒灌導(dǎo)致的涌水涌砂突發(fā)事件為例，總結(jié)此類突發(fā)事件的處理經(jīng)驗，以供其他工程靈活應(yīng)對出現(xiàn)的類似風(fēng)險。

1 工程概述

1.1 事發(fā)位置

南昌地鐵4 號線火炬站—北瀝站區(qū)間1 座聯(lián)絡(luò)通道（帶廢水泵房），左（右）線中心里程分別為SK35+596.000、XK35+592.400，聯(lián)絡(luò)通道處于火炬五路正下方，拱頂埋深17.5m，線間距14.3m。

聯(lián)絡(luò)通道所處位置的隧道管片設(shè)計為鋼管片，管片內(nèi)徑為φ5.4m，厚度300mm。聯(lián)絡(luò)通道初期支護(hù)厚度為200mm，采用型鋼支架+C25 早強(qiáng)混凝土形式支護(hù)，二次襯砌拱頂采用厚度400mm、側(cè)壁及泵房處厚度450mm 的C40 P10 鋼筋混凝土，初期支護(hù)層和二次襯砌結(jié)構(gòu)層之間設(shè)PVC 塑料防水板+土工布結(jié)合的防水層。聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房結(jié)構(gòu)縱剖面如圖1 所示。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房結(jié)構(gòu)縱剖面

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料顯示，聯(lián)絡(luò)通道及泵房結(jié)構(gòu)全斷面自上而下地層依次為③4粗砂、③5礫砂、③6圓礫。聯(lián)絡(luò)通道地下水埋深4.10～7.70m，地下水主要為第四系孔隙潛水，滲透系數(shù)為52.0～67.3m/d，屬中～強(qiáng)透水含水層，透水性好[1]。

2 險情發(fā)生及隱患分析

受百年不遇的強(qiáng)降雨影響，贛江水位猛漲并超出警戒線近1m，市政排水管網(wǎng)癱瘓，雨水漫過車站出入口及風(fēng)亭擋土墻涌入車站，進(jìn)而灌滿整個區(qū)間隧道。

聯(lián)絡(luò)通道處于隧道最低點(diǎn)，采用冷凍法加固類礦山暗挖法施工。事發(fā)時，區(qū)間隧道及聯(lián)絡(luò)通道二襯結(jié)構(gòu)已施工完成，廢水泵房尚未開挖施工。區(qū)間被倒灌雨水淹沒，隧道內(nèi)進(jìn)水約26000m3。事件發(fā)生后，存在主要風(fēng)險隱患如下。

（1）安裝于隧道內(nèi)的冷凍設(shè)備泡水損毀，長時間停凍，凍結(jié)壁逐漸失去凍結(jié)效果。聯(lián)絡(luò)通道所處地層為粗砂、礫砂及圓礫，地層含水量大。經(jīng)蛙人潛入灌滿雨水的隧道內(nèi)查看發(fā)現(xiàn)，泵房位置已發(fā)生輕微涌水涌砂現(xiàn)象，持續(xù)的涌水涌沙可能導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)通道及聯(lián)絡(luò)通道周邊管片迎土面大范圍內(nèi)出現(xiàn)空洞，如不及時采取補(bǔ)救措施將會導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)及區(qū)間隧道管片坍塌。

（2）冷凍失效后引起地表沉降，如不及時采取補(bǔ)救措施將會導(dǎo)致地面塌陷，引起周邊雨、污水管、燃?xì)夤艿鹊叵鹿芫€斷裂。

3 處置措施

3.1 地面深孔注漿加固

聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房采用地面袖閥管深孔注漿的方式對其周圍土體進(jìn)行預(yù)加固止水。隧道范圍由地面加固至管片上方2m，其余范圍設(shè)定孔深25m（進(jìn)入中風(fēng)化巖層），孔底位于泵房底板以下約0.5m。注漿采用直徑48mm 的PVC 袖閥管、水泥-水玻璃雙液漿注漿方式，注漿采取多孔間隔注漿及縮短漿液凝固時間的措施來減少因地下水流動造成的漿液流失。

考慮到地面管線密集，為避免注漿造成管線破壞，注漿孔位置通過測量放樣確定，避開地下管線位置。在管線影響范圍內(nèi)不能打孔注漿，只能起到局部加固止水效果，不能形成完整止水帷幕達(dá)到完全阻斷地下水的效果。

3.2 洞內(nèi)、外同步降排水

（1）增設(shè)降水井，降低水頭壓力。聯(lián)絡(luò)通道加固范圍外設(shè)置16 口降水井，南、北兩側(cè)各設(shè)置降水井4 口，東、西兩側(cè)各設(shè)置5 口，用于隔斷周邊地下水向聯(lián)絡(luò)通道處補(bǔ)給，以降低聯(lián)絡(luò)通道處的水位。降水井設(shè)計井底位于泵房底板以下0.5m，管井位置應(yīng)綜合考慮地下水的縱向梯度、周邊環(huán)境及成井施工對區(qū)間管片、通道結(jié)構(gòu)的振動影響等因素進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。圖2 為絡(luò)通道地面降水井平面位置。

圖2 聯(lián)絡(luò)通道地面降水井平面位置

（2）洞內(nèi)、外同步降排水，保持水壓平衡。降水井附近水位降至與隧道內(nèi)倒灌雨水水頭高程一致后，隧道內(nèi)同步進(jìn)行抽排水，始終保持地下水位與隧道內(nèi)水位壓力差穩(wěn)定，從而降低洞內(nèi)泵房位置涌水涌砂量。期間，加強(qiáng)地下水位及洞內(nèi)水位監(jiān)測[2]。

3.3 作業(yè)面反壓、支頂

區(qū)間隧道內(nèi)積水抽排干凈露出泵房開挖面后，地面降水井持續(xù)降水，保持周邊地下水始終處于聯(lián)絡(luò)通道底板以下，并立即對泵房部位采取反壓措施。具體做法如下：布置φ10mm@150mm×150mm 鋼筋網(wǎng)片，澆筑混凝土將泵房處填平至與底板齊平，厚度為300mm，同時預(yù)埋8 根注漿孔，均勻分布，若封堵板仍有滲水情況，可采取注漿封堵。廢水泵房鋼筋混凝土反壓處理如圖3 所示。

圖3 廢水泵房鋼筋混凝土反壓處理

待泵房反壓混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，采取反壓支頂措施，具體措施設(shè)定：在反壓混凝土上依次鋪設(shè)15mm厚竹膠板、80mm×80mm 方木，并搭設(shè)盤扣支架，支架間距為600mm×1200mm×1200mm（橫距×縱距×步距），在支架架體四周外立面向內(nèi)的第一跨均應(yīng)設(shè)置豎向斜桿。通過反壓、支頂方式避免后續(xù)突發(fā)涌水涌砂的風(fēng)險。

3.4 壁后及環(huán)箍充填注漿

聯(lián)絡(luò)通道處采用1:1 水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行壁后充填注漿，其兩側(cè)各6 環(huán)管片范圍內(nèi)進(jìn)行環(huán)箍充填注漿，用以填充少量涌水涌砂造成的管片背部空洞，從而約束管片變形，增強(qiáng)隧道的穩(wěn)定性[3]。

壁后注漿采用預(yù)留的注漿管注漿，環(huán)箍注漿采用水鉆鉆機(jī)進(jìn)行管片開孔，將水鉆鉆頭伸入防噴涌裝置內(nèi)，鉆頭大小可滿足擠壓盤根壓緊的密封要求，且鉆頭長度可滿足擠壓盤根壓緊狀態(tài)下，閘閥可手動關(guān)閉。管片開透后，鉆頭端部退出閘閥外側(cè)，此時鉆頭依然具備擠壓盤根密封狀態(tài)。關(guān)閉閘閥并退出鉆頭，管片開孔完成，隨后進(jìn)行注漿。鉆機(jī)就位、管片開孔如圖4 所示。

圖4 鉆機(jī)就位、管片開孔

3.5 后續(xù)泵房加固方案比選

泵房位置涌水涌砂風(fēng)險解除后，針對后續(xù)泵房開挖構(gòu)筑施工擬定兩種方案，并進(jìn)行了對比分析。泵房加固方案對比分析如表1 所示。

表1 泵房加固方案對比分析

通過對比分析并綜合考慮施工安全、難度、成本及工期等因素，采用方案二。

3.5.1 注漿范圍設(shè)計

根據(jù)工程地勘報告，結(jié)合設(shè)計要求及類似工程施工經(jīng)驗，確定隧道土體加固范圍為聯(lián)絡(luò)通道土體開挖斷面周圈外擴(kuò)不小于2.0m。采用水鉆開孔，開孔完成后及時進(jìn)行MJS 注漿加固。圖5 為泵房MJS 加固剖面。

圖5 泵房MJS 加固剖面

3.5.2 注漿參數(shù)設(shè)定

MJS 加固采用壓力注漿處理，鉆孔孔徑為42mm，間距為0.8m×0.8m，梅花形布置注漿孔，注漿孔按照單孔多角度放射狀注漿，中部采用垂直注漿孔注漿，從而在泵房周圍形成厚度不小于2m 的環(huán)向加固體。

（1）注漿量計算。根據(jù)漿液的擴(kuò)散半徑與圍巖孔隙，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗及工程地質(zhì)水文條件、注漿壓力進(jìn)行注漿量的計算及漿液注入量控制?？傋{量計算公式如下：

式中：A——注漿范圍體積，m3；n——孔隙率，%；α——漿液填充系數(shù)；β——注漿材料損耗系數(shù)。設(shè)計中，nα（1+β）統(tǒng)稱為填充率，砂層取值為50%~60%。

（2）注漿壓力選定。根據(jù)注漿處地層深度計算，設(shè)計注漿壓力（終壓值）如下：

式中：H——注漿處深度，m；K——由注漿深度確定的壓力系數(shù)。

壓力系數(shù)取值如表2 所示。

表2 壓力系數(shù)取值

經(jīng)計算，選用壓力小、流量大的雙液注漿設(shè)備，注漿量控制在272～326m3，注漿壓力控制在0.3MPa～0.5MPa。以上計算數(shù)據(jù)只是理論計算數(shù)量，具體以反壓混凝土不發(fā)生起拱為基準(zhǔn)，注漿壓力根據(jù)隧道內(nèi)管片監(jiān)測情況及時進(jìn)行調(diào)整[4]。

4 實施效果

現(xiàn)場在完成上述處置方案后，泵房位置涌水涌砂風(fēng)險解除，隧道內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。MJS 注漿加固施工結(jié)束后，在泵房開挖斷面的左、中、右部分別打設(shè)2 個探水孔，孔深5m，經(jīng)觀察探水孔處無明水流出，且取出的水泥土芯樣完整性及均勻性較好，隨后進(jìn)行泵房開挖構(gòu)筑施工，現(xiàn)場開挖面穩(wěn)定，最終順利完成泵房結(jié)構(gòu)施工，驗證了MJS 加固法方案的可行性，為以后解決此類問題奠定基礎(chǔ)[5]。

5 結(jié)語

通過南昌地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道因雨水倒灌突發(fā)事件導(dǎo)致洞內(nèi)冷凍失效、發(fā)生涌水涌砂事件后采取的一系列有效措施，為今后在應(yīng)對聯(lián)絡(luò)通道施工時遇到突發(fā)事件提供了施工參考，總結(jié)得出以下結(jié)論。

（1）工程施工前，需建立完善有序地突發(fā)事件應(yīng)急響預(yù)案，在工程出現(xiàn)隱患風(fēng)險時，一個有序、迅速地應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制，能快速控制并解決隱患突發(fā)風(fēng)險。因此對于地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道高風(fēng)險工程施工來說，配備足夠的搶險物資和應(yīng)急人員，并建立、健全應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制是至關(guān)重要的。

（2）面對聯(lián)絡(luò)通道突發(fā)雨水倒灌引發(fā)的類似風(fēng)險時，采取地面注漿加固結(jié)合降水井降水、混凝土反壓并支頂、隧道內(nèi)充填注漿等綜合型加固處理的對策，可有效解除事件風(fēng)險。

（3）聯(lián)絡(luò)通道加固形式的優(yōu)化與加強(qiáng)展望。目前地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道加固主要以凍結(jié)加固為重，形式單一。隨著地下工程加固方式和手段的不斷發(fā)展，探索和研究新的更有效的聯(lián)絡(luò)通道的加固方式顯得尤為重要。目前洞內(nèi)MJS 加固也逐步完善，水泥系加固避免了凍結(jié)加固后期融沉等不利影響，在聯(lián)絡(luò)通道加固中的拓展應(yīng)用也值得研究與期待。