地鐵聯(lián)絡(luò)通道涌水涌砂治理技術(shù)研究

王彥臻

(西安市軌道交通集團有限公司 陜西西安 710018）

1 工程概況

聯(lián)絡(luò)通道頂覆土約22.3 m，底板埋深27 m，廢水泵房底埋深29.8 m。聯(lián)絡(luò)通道長17.3 m，寬5.7 m，采用臺階法施工。項目提前兩個月完成聯(lián)絡(luò)通道范圍內(nèi)旋噴樁地層加固，并進行取芯檢測，結(jié)果滿足設(shè)計要求，進洞開挖時采用超前小導管預(yù)支護，鋼格柵+網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護。聯(lián)絡(luò)通道地層從上至下分別為素填土、黃土狀土、粉質(zhì)黏土、局部夾含中砂層。施工中實際探明地質(zhì)情況為第一層砂厚約0.5 m，埋深約28～28.5 m，位于聯(lián)絡(luò)通道底板下1～1.5 m；第二層砂厚約2 m，埋深約30～32 m，位于泵房底板下0.2～2.2 m。

2 涌水涌砂分析

2.1 涌水涌砂情況

該區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道于2019年4月23日，開始從左線隧道開挖初支；于2019年5月11日完成全部上臺階初支施工；2019年5月15日早上5點，在開挖距右線僅約2 m的下臺階土方時，突發(fā)涌水涌砂險情，事故發(fā)生后，立即啟動應(yīng)急響應(yīng)機制。聯(lián)絡(luò)通道開挖情況以及涌水涌砂位置見圖1。

2.2 原因分析

圖1 聯(lián)絡(luò)通道涌水涌砂位置（單位：mm）

(1）突涌穩(wěn)定性驗算。

依據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012）的規(guī)定，承壓水作用下的坑底突涌穩(wěn)定性計算公式為:，突涌穩(wěn)定性計算簡圖見圖2。

圖2 突涌穩(wěn)定性計算簡圖

抗突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)Kh的取值為1.1。驗算突涌穩(wěn)定性時，不考慮黏性土的內(nèi)聚力的抗力作用。式中，D為基坑底至承壓含水層頂板的距離(m）；γ為D范圍內(nèi)土的平均天然重度，取19.4 kN/m3；Hw為承壓水水頭高度，取10 m；γw為水的重度，取10 kN/m3。

根據(jù)公式計算可得，D≥6.2 m，即基坑底至承壓含水層在大于等于6.2 m時，為安全狀態(tài)。但該地層實際透水砂層距聯(lián)絡(luò)通道開挖底板只有0.5 m，易發(fā)生涌水現(xiàn)象。

(2）旋噴樁加固施工中因垂直度控制偏差或者設(shè)備操作不當，可能造成了旋噴樁咬合部位的施工質(zhì)量存在薄弱部位，給涌水涌砂留有了通道。

(3）降水井供電設(shè)備突發(fā)故障，導致降水井降水功能短時失效，地下水位快速升高，水壓突然變大，將聯(lián)絡(luò)通道底下土層擊穿，造成涌水涌砂。

(4）聯(lián)絡(luò)通道地層變化復(fù)雜，實際地層中砂層的深度、厚度變化頻繁，與地勘報告有所不同，砂層良好的滲透性相比粉質(zhì)黏土，為地下水提供了更好的壓力與流量傳導條件，加之砂層隨水流失，水流通道進一步暢通，而且該處砂層面積廣，儲水量大，給涌水處置帶來更大困難。

2.3 險情處理難點

(1）涌水量增大，左線隧道積水較深，人員物資無法到達涌水位置，右線聯(lián)絡(luò)通道洞門未打開，險情控制難度大。

移動學習平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為本地、數(shù)據(jù)庫兩部分。本地數(shù)據(jù)庫主要用于存儲學生錯題集、收藏夾和答題記錄信息。使用Litepal工具創(chuàng)建本地數(shù)據(jù)庫。云端數(shù)據(jù)庫主要用于存儲學習資源和學生做題情況的相關(guān)內(nèi)容，包括用戶表、課程信息表、課程模塊表、知識點表、班級表、課程資源表、題目表、試卷表、提問信息表等。通過BMob云服務(wù)平臺提供的接口建立云端數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)表如表1所示。

(2）隧道內(nèi)空間狹小，材料運距遠，封堵涌水點作業(yè)持續(xù)時間難以保證。

3 涌水涌砂處理技術(shù)措施

針對地下涌水的處理，主要圍繞“導、截、排、堵、注”等技術(shù)措施展開。

3.1 初支加固，涌水點反壓

險情發(fā)生后因左線隧道積水較深，不具備作業(yè)條件，于是在聯(lián)絡(luò)通道右線洞門上臺階管片位置采用水鉆取孔開設(shè)了1 m×1 m的孔洞，通過孔洞及時采用水泥袋與棉絮對聯(lián)絡(luò)通道涌水點位置進行反壓，防止涌水帶砂造成進一步的險情發(fā)生。隨后使用工字鋼對聯(lián)絡(luò)通道初支進行了支撐加固，完成后采用C40水下早強混凝土進行澆筑再次反壓，確保了聯(lián)絡(luò)通道初支結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)管片的穩(wěn)定，也為后面注漿堵漏提供了條件。

3.2 恢復(fù)供電，增設(shè)降水井

為迅速有效降低地下水水頭壓力，減小涌水危害，及時恢復(fù)已有降水井的供電，同時調(diào)集多臺降水井打設(shè)設(shè)備，在短時間完成8口降水井的打設(shè)與運行，降水井井徑0.6 m，打設(shè)深度為40 m，有效地降低了隧道內(nèi)的涌水量與水流壓力，較好地控制住了涌水險情的發(fā)展，同時也為進一步封堵涌水口提供了條件。

3.3 注化學漿，封堵涌水口

化學注漿是一項實用性很強且使用范圍較廣的防滲堵漏措施[7]。在聯(lián)絡(luò)通道加固與涌水口反壓回填牢固穩(wěn)妥后，對涌水點采用注化學漿液進行封堵。聚氨酯是一種防滲漏能力較強，固結(jié)強度較高的防滲漏固結(jié)材料，其特點是漿液不遇水的時候是穩(wěn)定的，遇水后才能進行化學反應(yīng)，最終生成不溶于水的體型結(jié)構(gòu)的膠凝體[8-9]。具體實施方法為在聯(lián)絡(luò)通道右線洞門兩側(cè)取2個長約4～5 m的孔，先將高錳酸鉀用水稀釋后用泵從鉆桿中注入，觀測涌水點顏色變化，判斷水流方向和記錄所用時間，依此選取注入孔位與配置聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)時間，后用2臺注射泵同時注入聚氨酯，聚氨酯遇水反應(yīng)后達到較好堵水效果。

3.4 洞內(nèi)WSS注漿，進一步封堵加固

在隧道內(nèi)涌水量顯著減少的情況下，為進一步徹底堵住涌水口，在右線盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道外中部及兩側(cè)附近管片開孔，打孔進行WSS注漿施工。參考其他成果[10-11]，利用WSS注漿機進行若干組磷酸+水玻璃膠凝時間配比試驗，得到其最佳注漿參數(shù)為磷酸∶水玻璃 =1∶1，水玻璃濃度35 Be′，模數(shù)3.2，膠凝時間18 s，順利達到堵水效果。根據(jù)現(xiàn)場施工實際，注漿材料更換為水∶水泥∶水玻璃=1∶1∶0.7的雙液漿，多次對地層進行了注漿加固，確保封堵更為牢固。

3.5 剩余初支施工措施

為確保安全完成聯(lián)絡(luò)通道剩余初支，采用從右線隧道管片開孔后，將下臺階再分2個臺階開挖，每臺階高約1.4 m，上臺階開挖并支護完成后，再開挖下臺階與施作底部初支，完成施工。

3.6 其他輔助措施

(1）加強洞內(nèi)及地面監(jiān)測

涌水發(fā)生后，每隔2 h對地表沉降、隧道管片與聯(lián)絡(luò)通道初支拱頂沉降及凈空收斂進行實時監(jiān)測，并及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，為判斷結(jié)構(gòu)安全以及地層穩(wěn)定提供準確依據(jù)。

(2）雷達檢測隧道空洞

地質(zhì)雷達是探測地下水及隧道結(jié)構(gòu)后空洞的有效工具，基于隧道隱附水體介電參數(shù)、電導率以及其附近多介質(zhì)介電參數(shù)的突變，雷達的電磁波在振幅、主頻以及相位變化上體現(xiàn)出一定的變化規(guī)律[12]。為避免涌水對管片的影響，對聯(lián)絡(luò)通道左右各20環(huán)管片的底部和側(cè)墻背后空洞情況進行雷達掃描，有效探測深度5～6 m，根據(jù)掃描圖形初步判斷右線檢測范圍內(nèi)無明顯空洞。

(3）加大隧道內(nèi)抽水能力

出現(xiàn)涌水后，隧道內(nèi)積水較多，供電系統(tǒng)遭受破壞，現(xiàn)場新增電源，及時安裝3臺11 kW、2臺7.5 kW的水泵對聯(lián)絡(luò)通道及隧道積水進行抽排，防止積水造成次生災(zāi)害。

(4）地面新增投料口

在聯(lián)絡(luò)通道拱頂正上方位置打設(shè)兩根管徑200 mm、一根管徑400 mm的物料孔，安裝鋼管并加固，為灌注混凝土，解決洞內(nèi)外通訊、供電等問題提供條件。

4 結(jié)束語

通過西安地鐵聯(lián)絡(luò)通道涌水實際工程實例，系統(tǒng)地分析了事故發(fā)生的原因，制定了相對應(yīng)的加固、降水、堵水、監(jiān)測等整套處理技術(shù)措施，較好地控制了險情的發(fā)展，確保了工程順利推進，對于類似工程具有較好的借鑒意義。