盾構(gòu)隧道涌水涌沙事故搶險(xiǎn)救災(zāi)技術(shù)分析

田茂海

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司，山西 太原 030000）

隨著人口的增多、交通出行壓力的增大，地鐵以其高速度、少占地及高準(zhǔn)點(diǎn)率等性能，在當(dāng)今中國發(fā)展迅速[1]。截至目前，中國已有33個(gè)城市申報(bào)城市軌道交通建設(shè)，共有28個(gè)城市獲批城市軌道交通建設(shè)資質(zhì)。中國自2020年之前，城市交通投資已超過1個(gè)億，其中大部分為城市地鐵建設(shè)投資[2]。

城市地鐵建設(shè)規(guī)模大、建設(shè)投資多，一旦發(fā)生施工事故將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，隨著地鐵建造深度增大，地質(zhì)狀況越加復(fù)雜，地鐵施工事故頻次增多，其中以滲漏水引起的施工事故為主[3]。因此，針對(duì)地鐵隧道施工事故的應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)研究變得極為重要，部分學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究。鄧?yán)^杰等[4]根據(jù)南京地鐵2號(hào)線塌方事故，分析了礦山法隧道塌方事故的應(yīng)急搶險(xiǎn)方案。張存[5]根據(jù)某地鐵盾構(gòu)隧道坍塌事故，分析了破損范圍探測(cè)方法、破損修復(fù)段接頭處理技術(shù)。雷大鵬[6]借助寶成線109號(hào)隧道，分析了該隧道地震受損情況、搶險(xiǎn)方法及加固方案。文章以太原某地鐵隧道事故為例，分析了盾構(gòu)隧道涌水涌沙事故應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)及監(jiān)測(cè)控制方法。

1 應(yīng)急搶險(xiǎn)手段

隧道涌水涌沙事故出現(xiàn)后，應(yīng)第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，針對(duì)涌水涌沙事故原因及所處環(huán)境狀況進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)，減少涌水涌沙事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境影響。文章研究?jī)H針對(duì)盾構(gòu)隧道涌水涌沙事故發(fā)生后的應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)及控制措施，事故上報(bào)等管理措施在文中未被體現(xiàn)。隧道涌水涌沙事故應(yīng)急搶險(xiǎn)步驟：（1）涌水涌沙事故出現(xiàn)后，技術(shù)人員需根據(jù)事故點(diǎn)周圍地質(zhì)狀況進(jìn)行分析，對(duì)涌水量、水壓及涌水涌沙量進(jìn)行判斷及預(yù)估，對(duì)水泵需求量進(jìn)行計(jì)算（計(jì)算抽水量約為涌水預(yù)估量的1.2倍），并安排專人對(duì)水泵運(yùn)行狀態(tài)負(fù)責(zé)。在排水的同時(shí)，使用沙袋等儲(chǔ)備物資對(duì)涌水點(diǎn)進(jìn)行填埋并在洞口附近設(shè)置防水墻。（2）組織專家及相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，查明現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況、水文狀況、涌水的位置及過程、采取的措施及效果，為事故原因分析提供現(xiàn)場(chǎng)的寫實(shí)資料。（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研資料，由專業(yè)人員召開技術(shù)會(huì)議，分析需要采取的搶險(xiǎn)救災(zāi)手段，如打開盾尾鉸接緊急密封、封堵、注漿等。（4）由施工人員根據(jù)專家推薦的應(yīng)急處理措施對(duì)涌水涌沙事故進(jìn)行緊急處理，并根據(jù)處理過程中事故的發(fā)展?fàn)顟B(tài)對(duì)處理措施進(jìn)行調(diào)整。（5）如果隧道上覆地面坍塌，施工人員需采用C15混凝土或碎石土進(jìn)行填埋、夯實(shí)，直至地表平坦。若隧道上覆巖土涌水涌沙因出現(xiàn)空洞，則需對(duì)空洞處進(jìn)行注漿加固，注漿量需超過涌沙量。（6）加強(qiáng)對(duì)隧道本體及周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)（隧道拱頂沉降、洞徑收斂、周邊建筑物沉降位移、地下管線沉降位移、上覆土體空洞），當(dāng)涌水涌沙基本消失，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，對(duì)周邊環(huán)境造成的不良影響基本消除，應(yīng)急搶險(xiǎn)即告結(jié)束。

2 太原某隧道事故案例

太原某地鐵隧道在車站端頭右線隧道洞門處出現(xiàn)了涌水涌沙險(xiǎn)情，且涌水涌沙量較大。隨著險(xiǎn)情的發(fā)生，盾構(gòu)隧道管片出現(xiàn)了整體變形、裂縫發(fā)育、錯(cuò)臺(tái)接縫增大等病害，錯(cuò)臺(tái)最大量達(dá)到了35mm，如圖1所示。

圖1 事故隧道最大錯(cuò)臺(tái)位置現(xiàn)場(chǎng)圖

在險(xiǎn)情發(fā)生，對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行簡(jiǎn)要處理后，立即組織專家根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)狀況及隧道建造形式進(jìn)行了調(diào)研。結(jié)果表明：事故區(qū)間隧道主要穿越的地層為2-3-1黏質(zhì)粉土、2-3-2砂質(zhì)粉土、2-4粉細(xì)砂，如圖2所示。且該區(qū)間地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，孔隙潛水含水層為第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積粉土與砂、礫石層，水位埋深1.8～3.0m，高程為784.10～785.95m，主要靠大氣降水及側(cè)向徑流和城市供水、排水滲漏補(bǔ)給，排泄方式以蒸發(fā)、人工抽取地下水及側(cè)向徑流排泄為主。

根據(jù)上述水文地質(zhì)現(xiàn)狀，專家分析事故發(fā)生區(qū)段地質(zhì)復(fù)雜，隧道下臥深厚富水中砂層，地下水具有承壓性，盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)發(fā)生涌水涌沙的風(fēng)險(xiǎn)較高。事故段隧道頂部埋深約14.1m，地層由上而下分別為素填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、黏質(zhì)粉土以及中砂，其中黏質(zhì)粉土屬于液化土，隧道穿越粉細(xì)砂與中砂層，總體上工程地質(zhì)條件很差，屬于高靈敏富水軟弱地層。因此，引發(fā)涌水涌沙突發(fā)事件，導(dǎo)致隧道下臥土體掏空，襯砌環(huán)不均勻沉降和結(jié)構(gòu)破損。

圖2 事故區(qū)間隧道地質(zhì)斷面圖

圖3 監(jiān)測(cè)曲線圖

根據(jù)事故原因及專家建議，采取“涌水點(diǎn)反壓+地面引孔注漿+隧道內(nèi)徑向注漿”堵漏等措施。在事故區(qū)間第622環(huán)及洞口處用沙袋壘筑2道擋水壩，現(xiàn)場(chǎng)投入4臺(tái)11.5kW污水泵及時(shí)抽排積水，防止區(qū)間及車站積水淹泡。后采用袋裝水泥堆碼2道間距3m擋墻，用棉被、棉紗及編織草簾塞堵，并澆筑混凝土及利用袋裝水泥反壓，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆筑混凝土93.5m3，總計(jì)224.4t。同時(shí)，采用地面引孔注漿及隧道內(nèi)徑向注漿，初期地面和洞內(nèi)注漿共計(jì)1063.42m3。通過搶險(xiǎn)期內(nèi)的多種措施，隧道結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，但為加強(qiáng)事故周邊土體，需繼續(xù)進(jìn)行注漿加固，共計(jì)注漿量101.5m3，主要為洞內(nèi)注漿。

在事故過程中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)提供了重要的指導(dǎo)作用。通過地表沉降確定隧道涌水涌沙事故造成的上覆地層的巖土損失，在其指導(dǎo)下可通過土體注漿進(jìn)行空洞的補(bǔ)充；通過周邊建筑物的位移及裂縫監(jiān)測(cè)，可以確定涌水涌沙事故對(duì)周邊建筑物的不良影響，在其指導(dǎo)下應(yīng)及時(shí)采取加固措施減少事故造成的社會(huì)不良影響；通過隧道本體線性、沉降及錯(cuò)臺(tái)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以確定隧道在承受事故后的健康狀況，可針對(duì)性地采取修復(fù)措施使得事故隧道滿足運(yùn)營結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，減少事故引起的經(jīng)濟(jì)損失。

監(jiān)測(cè)曲線圖如圖3所示，包括地表沉降監(jiān)測(cè)、周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)、拱底高程沉降監(jiān)測(cè)。從圖3可以看出，在后續(xù)注漿過程中，地表趨于穩(wěn)定，建筑物沉降稍微有所減少，管片抬升數(shù)據(jù)穩(wěn)定。太原該事故隧道涌水涌沙基本消失、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定、對(duì)周邊環(huán)境的不良影響基本消失，事故搶險(xiǎn)過程結(jié)束。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

文章形成了盾構(gòu)隧道涌水涌沙事故后應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)及流程，并分析了一起隧道涌水涌沙事故應(yīng)急的典型案例。得到的主要結(jié)論及認(rèn)識(shí)如下：

（1）盾構(gòu)隧道涌水涌沙事故后需要進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)，遏制事故的繼續(xù)劣化，減少事故的不良影響，主要包括事故狀態(tài)調(diào)研、事故原因分析、搶險(xiǎn)方案制定、周邊土體加固、全過程持續(xù)的隧道及環(huán)境監(jiān)測(cè)。（2）在太原某地鐵隧道涌水涌沙事故中，借鑒了上述應(yīng)急搶險(xiǎn)處理技術(shù)及流程，成功解決了該隧道涌水涌沙事故，證明該應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)的工程應(yīng)用性，為其余地區(qū)隧道涌水涌沙事故提供了借鑒方案。