反演法思維在地鐵施工中的應(yīng)用

李夫杰

摘要： 本文以哲學(xué)反演法思維為工程事故主要推理手段，結(jié)合對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，對(duì)杭州地鐵二號(hào)線某地鐵車站盾構(gòu)接收時(shí)的涌水涌砂現(xiàn)象進(jìn)行了深入解剖，并得出結(jié)論：哲學(xué)思維的反演法對(duì)分析工程事故、預(yù)測(cè)工程趨向和結(jié)果有很好的實(shí)用性，它能快而準(zhǔn)的分析得到事故的原因、工程的趨向和結(jié)果，從而降低工程事故的發(fā)生率并減少其所造成的損失。

Abstract： Taking the philosophical inversion thinking as the main reasoning means of engineering accident， combined with the analysis and summary of construction site environment and monitoring data， this paper explored the gushing water and sand phenomenon in the shield reception of one subway station in Hangzhou Metro No.2 Line， and got the conclusion： philosophical thinking of inversion was good for the analysis of engineering accidents and the prediction of trends and results of the project， can give cause of the accident， engineering trends and results quickly and accurately， thereby reducing the incidence and losses of engineering accidents.

關(guān)鍵詞： 反演法；盾構(gòu)接收；涌水涌砂；工程事故

Key words： inversion；shield reception；gushing water and sand；construction accident

中圖分類號(hào)：U231+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）23-0079-03

1 研究背景及意義

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市大多已開(kāi)始或著手修建地鐵，尤其是東部沿海地區(qū)城市地下鐵道工程更為興盛，在此建設(shè)過(guò)程中越來(lái)越多的地鐵車站深基坑工程展現(xiàn)在繁華的都市之間[1]。隨之而來(lái)的就是越來(lái)越多的深基坑、區(qū)間隧道需要在城市建筑密集區(qū)域施工，且大多鄰近已有建構(gòu)筑物、地下及地上市政管線設(shè)施等。又因軟土地區(qū)深基坑施工過(guò)程中極易引起周圍地層及建構(gòu)筑物沉降或變形，且不好控制，稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生極大的安全隱患。所以對(duì)軟土地區(qū)地鐵施工的重視程度和正確的施工思維方法尤為重要，能在很大程度上降低地鐵施工對(duì)周圍已有建、構(gòu)筑物與地下市政管線等設(shè)施產(chǎn)生的不利影響[2][3]，并對(duì)減少地鐵工程所產(chǎn)生的安全隱患和財(cái)產(chǎn)損失有重要意義。

2 工程概況及特點(diǎn)

2.1 盾構(gòu)接收、始發(fā)洞口地質(zhì)概況及工程環(huán)境

①本工程盾構(gòu)洞口地質(zhì)情況如表1所示。

②工程環(huán)境。

本次盾構(gòu)接收井設(shè)在某車站端頭井內(nèi)，車站處于東西向交通要道中間，兩邊50米外為商業(yè)住宅區(qū)，端頭井東側(cè)25m左右有一座橋，橋下為一南北向?qū)?0m深2m左右河流。如圖1所示。

2.2 盾構(gòu)端頭加固范圍及加固要求

①進(jìn)出洞端頭地層加固范圍：縱向?yàn)檐囌静郾谝酝?m，橫向?yàn)槎慈σ酝飧?.5m，深度為隧洞底板以下2.5m。如圖2所示。

②加固要求。

1）加固土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.8MPa～1.2MPa。

2）滲透系數(shù)≤1.0×10-8cm/s。

3）9m寬加固帶除緊鄰車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻外40cm左右范圍采用高壓旋噴樁加固之外，均采用三軸攪拌樁加固。三軸攪拌樁為密排樁，成樁直徑Φ850@600。高壓旋噴樁直徑Φ800@600，采用三重管高壓旋噴，壓力28～30MPa。

2.3 工程特點(diǎn)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，施工場(chǎng)地處于典型的富水軟土地區(qū)，廣泛分布第四紀(jì)海相沉積的厚層軟土，具有“天然含水量大于或等于液限，天然孔隙比大于或等于1.0，壓縮性高，強(qiáng)度低，靈敏度高，透水性低”等特點(diǎn)。盾構(gòu)掘進(jìn)多處于④淤泥質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③1粉砂層范圍，盾構(gòu)接收施工時(shí)及易發(fā)生涌水涌砂及塌方、沉降現(xiàn)象。

3 盾構(gòu)接收前的準(zhǔn)備工作

3.1 探孔試驗(yàn)

在左線盾構(gòu)接收前20天左右，對(duì)盾構(gòu)接收洞門進(jìn)行了探孔實(shí)驗(yàn)，探孔方案中探孔分別布設(shè)在距洞門邊緣25～30cm處1點(diǎn)、3點(diǎn)、5點(diǎn)、7點(diǎn)、9點(diǎn)及中間位置。結(jié)果在打完1點(diǎn)鐘位置探孔后發(fā)現(xiàn)有涌水現(xiàn)象，之后對(duì)1點(diǎn)鐘位置探孔進(jìn)行了封堵。然后又對(duì)7點(diǎn)鐘位置進(jìn)行了探孔實(shí)驗(yàn)，結(jié)果涌水現(xiàn)象比1點(diǎn)鐘位置還要明顯，隨即進(jìn)行封堵，以免事態(tài)擴(kuò)大。

3.2 洞門后的注漿加固

在1點(diǎn)、7點(diǎn)鐘位置的探孔試驗(yàn)之后，試驗(yàn)終止。為不影響盾構(gòu)接收，隨后緊急對(duì)洞門滲漏水問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并對(duì)洞門后進(jìn)行雙液漿注漿加固。加固點(diǎn)分別布設(shè)在距離洞門邊緣20～25cm處12點(diǎn)、2點(diǎn)、4點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)、9點(diǎn)、10點(diǎn)及中間位置。注漿順序?yàn)橹行狞c(diǎn)→2點(diǎn)→10點(diǎn)→4點(diǎn)→9點(diǎn)→7點(diǎn)→12點(diǎn)→6點(diǎn)。雙液漿凝固速度為60秒，注漿壓力5～6MPa。用同樣的方法也對(duì)右線盾構(gòu)接收洞門后進(jìn)行了預(yù)加固。

3.3 再探孔

注漿加固完成后，采用接收前探孔試驗(yàn)方案對(duì)洞門再次進(jìn)行探孔試驗(yàn)，無(wú)涌水涌砂現(xiàn)象，只有4點(diǎn)、9點(diǎn)鐘孔位有少量滲水現(xiàn)象，表面上分析不影響盾構(gòu)接收。

4 盾構(gòu)接收時(shí)涌水涌砂

盾構(gòu)在掘進(jìn)最后10m時(shí)各種參數(shù)一直都在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)，出土正常，并無(wú)異?，F(xiàn)象。但是在盾構(gòu)刀盤剛剛掘出洞門后，刀盤周圍下半部分開(kāi)始涌水，之后10分鐘左右伴隨涌砂現(xiàn)象發(fā)生。

5 補(bǔ)救措施

5.1 塞棉被

在洞門口刀盤周圍塞棉被，使涌水涌砂速度減緩，阻止涌水涌砂的勢(shì)頭。

5.2 注漿加固

在涌水涌砂勢(shì)頭減緩之后在洞門及洞內(nèi)同時(shí)多臺(tái)注漿機(jī)進(jìn)行注漿加固。因當(dāng)時(shí)涌水涌砂勢(shì)頭很緊，單單在洞門進(jìn)行注漿加固無(wú)法完成對(duì)洞門涌水涌砂的封堵[4]。只能采取洞內(nèi)洞外多臺(tái)注漿機(jī)同時(shí)進(jìn)行雙液漿、聚氨酯注漿加固才能慢慢減緩涌水涌砂勢(shì)頭，最后達(dá)到止住涌水涌砂的效果。

6 原因分析

6.1 洞門周圍水源及滲水通道的存在

首先，經(jīng)過(guò)接收前的準(zhǔn)備工作后，正常情況下在盾構(gòu)接收時(shí)不會(huì)出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象。而且在洞門加固完成后再次進(jìn)行了探孔試驗(yàn)，只有少量滲水現(xiàn)象發(fā)生。由此判斷當(dāng)時(shí)只是洞門及洞門周圍近距離（30～50cm）范圍完成了加固，洞門周圍存在大量水源，及通往水源補(bǔ)給的水流通道。所以在盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)，洞門破壞，在洞門周圍大量水源的不平衡壓力下，水源突破洞門封堵噴涌而出。如果僅僅是洞門周圍有積水，那么涌水不會(huì)源源不斷而且越來(lái)越大并隨之伴有涌砂。所以由此判斷洞門周圍水源一定存在通往水源補(bǔ)給地的水流通道（或者叫做滲水通道）。從圖2可以看到在距離盾構(gòu)接收井東側(cè)30m左右位置有一條南北向河流，此河流應(yīng)為此次涌水的重要水源補(bǔ)給地。

6.2 滲水通道的形成

在基坑開(kāi)挖后一段時(shí)間，基坑周圍就開(kāi)始有滲漏水現(xiàn)象，因?yàn)楫?dāng)時(shí)滲漏水不大，沒(méi)有引起足夠的重視，滲漏水問(wèn)題也是沿海一帶深基坑工程的通病。后來(lái)到車站主體結(jié)構(gòu)完成之后，盾構(gòu)接收井周圍還存在滲漏水現(xiàn)象，而且越來(lái)越嚴(yán)重。所以，從基坑開(kāi)挖到主體結(jié)構(gòu)完成再到盾構(gòu)接收的一年多時(shí)間里，此處附近一直存在著越來(lái)越大的滲漏水問(wèn)題，加之軟土地區(qū)地層軟、層理發(fā)育，地下各種管線、管溝的存在，都為滲水通道的形成提供了充足的條件，而且后來(lái)的涌水涌砂現(xiàn)象也充分證明滲水通道形成了。

6.3 滲水通道的形成時(shí)間

在車站基坑開(kāi)挖前，盾構(gòu)端頭三軸攪拌樁加固已經(jīng)完成，所以盾構(gòu)斷頭加固后一段時(shí)間并沒(méi)有水流形成，斷頭加固的水泥漿液也不會(huì)被水流帶走，端頭加固正常，這一點(diǎn)可從盾構(gòu)接收前的最后10m推進(jìn)一切正常而得到佐證。這一點(diǎn)也可證明滲水通道形成于盾構(gòu)斷頭加固體固結(jié)成型之后。

由于目前技術(shù)原因，在盾構(gòu)斷頭三軸攪拌加固體與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間還有一個(gè)40cm左右寬的間隙條帶加固不到，此間隙帶設(shè)計(jì)在盾構(gòu)接收前2個(gè)月采用高壓旋噴樁加固完成。但事實(shí)表明，高壓旋噴樁對(duì)此40cm左右寬的間隙條帶并未加固成功。其原因就是在高壓旋噴加固時(shí)，此處已經(jīng)形成滲水通道，而且滲水通道已相當(dāng)發(fā)育，在車站內(nèi)外不平衡水壓力作用下，水由外向內(nèi)持續(xù)滲流，并在外部形成滲水通道通往水源補(bǔ)給地。這樣車站外部一定范圍內(nèi)就存在持續(xù)流動(dòng)的動(dòng)水，以滲水通道為主干，形成流動(dòng)的水流網(wǎng)。所以在高壓旋噴樁加固間隙帶之后（由于旋噴水泥漿液凝固期很長(zhǎng)）還未凝固，水泥漿液就被車站外部流動(dòng)的水流網(wǎng)所帶走，導(dǎo)致加固失效，而且還破壞了原本的地層結(jié)構(gòu)，使間隙帶的土體更容易被水流帶走流進(jìn)站內(nèi)[5]，而在間隙帶體內(nèi)形成大量的積水空間和積水。

通過(guò)以上分析，可知滲水通道的形成時(shí)間應(yīng)該在盾構(gòu)斷頭三軸攪拌樁加固體固結(jié)成型之后，間隙帶高壓旋噴樁加固之前。

本工程在盾構(gòu)接收涌水涌砂后，也正是通過(guò)哲學(xué)的反演法思維，快速而準(zhǔn)確地分析出了事故的成因，才能在事故發(fā)生后正確而快速的減緩了事態(tài)的發(fā)展，并最終成功封堵，而未對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

7 結(jié)論

①施工過(guò)程中對(duì)事故的發(fā)生要有敏銳的嗅覺(jué)和分析能力，哲學(xué)思維的反演法對(duì)分析工程事故、預(yù)測(cè)工程趨向和結(jié)果有很好的實(shí)用性，它能快而準(zhǔn)地分析得到事故的原因、工程的趨向和結(jié)果，從而減少工程事故所造成的損失，也能減少或避免工程事故的發(fā)生和發(fā)展。

②軟土地區(qū)地鐵施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它不僅要與時(shí)間、空間賽跑，還要清晰地認(rèn)識(shí)和理解工程的來(lái)龍去脈，這樣才能在突發(fā)狀況時(shí)對(duì)癥下藥，得心應(yīng)手。對(duì)工程施工過(guò)程的重視、施工過(guò)程的嚴(yán)密控制、施工過(guò)程的觀察分析，可減少工程的事故發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)：

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