城區繁華地段隧道透水險情分析及應急處置

吳發展

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

隧道施工中由于地質作用和人類工程活動引起的災害是工程建設的大敵，地下水的存在影響隧道施工安全，隧道突水災害是地質條件與工程活動的綜合體，為減輕災害的危害程度，須采取正確合理的措施。賀振宇等[1]針對隧道突水災害，分析典型工程案例，根據隧道圍巖條件及破壞特征，歸納提出六種突水破壞模式，提高施工人員對潛在致災構造的識別。李術才等[2]通過突水突泥災害實例的統計分析，研究不同類型致災構造的結構特征，提出隧道突水突泥孕災模式。李曉昭等[3]通過對隧道突水突泥案例的現場調研和統計分析，總結分析其典型地質特征，提出了致災構造的判別理論方法。地處城區繁華地段的電纜隧道在施工中發生了透水險情，以此工程實例分析險情原因并采取合理的應急處置，消除險情。

1 工程概況

電纜隧道SJ8豎井至SJ6-1豎井礦山法隧道長80m（SK3+945.754～SK3+865.754），隧道為平面直線，斷面弧頂直墻平底結構，開挖斷面尺寸為6.2m（寬）×6.14m（高），主要支護形式采用0.5m 間距格柵拱架+超前小導管+全斷面注漿加固。SJ8 豎井端隧道拱頂埋深約18.8m，洞身范圍為全、強風化花崗巖地層，洞頂以上由上至下依次為人工填土、粉質粘土、中粗砂、礫質粘土，全、強風化花崗巖等地層。隧道為自洞口向內的單面下坡，縱坡為12.77%，最高點位于SJ8豎井口。隧道采用臺階法開挖，該隧道位于京地大廈東側斜下方，沿彩田路西側綠化帶自南向北布設。據京地大廈相關資料顯示：其基坑深22.25m，圍護及支護結構采用鉆孔灌注樁+錨索結構。錨索自上而下共布置有4 層，每層46根，共184 根，層豎向間距3.5m，每層平面間距1.6m。其中第四層錨索共計46根全部斜向下垂直穿越洞身，侵入隧道洞頂以下最小約2.1m、最大約2.7m，穿越洞身長度最小約4.7m、最大約6.2m，且穿越洞身的錨索均為未注漿填充孔道的自由段。隧道平面走向與京地大廈基坑長邊呈八字形布置，間距最近端為近S.J8 豎井端隧道洞口，最遠端為礦山法隧道與盾構隧道交界處，隧道開挖邊線距京地大廈基坑鉆孔樁邊平面距離分別為最近0.81m，最遠7.12m，均為近臨。SJ8豎井進洞6m 處隧道開挖邊線平面距京地大廈基坑支護樁邊1m，洞頂標高較基坑底高2.685m；基坑第四層第二根錨索侵入隧道，錨索穿過隧道近、遠錨索側拱墻節點較開挖拱頂分別低0.66m和2.47m：錨索穿越洞身5.27m，均為錨索自由段。隧道范圍內分布有DN2000 雨水管線1條（埋深約5.6m）為混凝土管承插式接口、DN1000污水管線1 條（埋深約5.4m）、DN600 上水管線1 條（埋深約2.9m），三條管線均位于隧道斜上方，靠近彩田路一側，走向大致與隧道平行。

2 透水險情

10 月5 日晚上19:10，現場值班人員巡視SK3+945.754～SK3+865.754 段礦山法隧道及SJ8 豎井，發現SJ8 豎井至SJ6-1 豎井段礦山法隧道進洞6m 處已封閉掌子面（SK3+938.522）出現少量掉塊，立即通知施工單位項目值班領導，啟動應急預案，現場采取掌子面堆碼砂袋反壓、靠近掌子面打設鋼插管等搶險處置措施封堵掌子面，同時嚴密監控掌子面情況。22:55掌子面出現透水，現場撤離人員。搶險期間掌子面發生涌水，略有腥臭味。10 月6 日凌晨3:30 地表巡視發現SJ8 井北側福華變電站生活區（位于項目施工圍擋內）出現地表下沉，繼而擴大為沉陷，造成8間集裝箱宿舍傾斜。隧道發生透水險情后，項目部立即啟動應急預案，隧道內停止作業，撤離所有洞內作業人員，同時疏散地面人員，立即向監理、水務集團、燃氣公司等相關單位報告，并同步在地面和洞內展開應急搶險工作，截止10 月7日凌晨1:00險情消除。

3 險情分析

3.1 原因分析

（1）京地大廈基坑圍護結構鉆孔灌注樁施工有可能塌孔，導致樁外側出現塌腔，另外京地大廈錨索穿越地層為富水地層，錨索鉆孔易造成水土流失，極易導致錨索周邊形成坍腔；同時，京地大廈基坑開挖過程中，也可能存在樁間涌水涌砂，導致水土流失形成坍腔；密集打設四層小間距錨索（水平間距僅1.6m）容易形成連通、體量較大的坍腔群區，而上述這些坍腔群區長期受地下水灌泡，腔體周圈地層極易不斷掉塊，經長期反復塌坍和坍體泡水，最終形成隧道上半斷面及洞頂上方分布有相互連通且范圍較廣、數量眾多、體量較大的泥囊包群。

（2）隧道穿越區域位于京地大廈基坑施工近臨影響地層范圍，隧道穿越地層為經過基坑圍護結構、錨索及基坑開挖施工多次擾動后，非原狀地層，實際地層已很松散，且地下水已穿透多層地層而形成上下串水通道。

（3）侵入隧道凈空的京地大廈基坑錨索為自由段，錨索穿越多種地層，順錨索孔道形成串水通道，長期浸泡隧道拱頂全風化及強風化花崗巖地層，圍巖崩解軟化成流塑體，形成泥囊。

（4）隧頂上方承插式接口的DN2000混凝土雨水管線受地層差異沉降影響，接頭老化開口漏水，雨水滲入地層中長時間浸泡砂土，局部形成流塑狀泥囊。

3.2 機理分析

隧道洞身穿越實際為經過多次反復擾動的松散富水地層，且隧道上斷面及洞頂上方存在大量的大體量連通泥囊包群。隧道開挖卸除泥囊包裹土體，導致泥囊破裂，泥囊帶水瞬間下墜流失，形成突泥突水，泥囊流失卸壓誘使連通的其他泥囊順流涌出，形成大面積涌水涌泥，數個泥囊流失形成眾多空腔，造成洞項側前方地層出現多處空腔，空腔以上富水地層難以自穩，滑落體隨地下水迅速涌入洞內并淹井，最終導致地面形成塌陷。

4 應急處置

上級領導到現場進行救援方案布置，隧道洞內與地面分別采取應急措施，并做好施工過程管理。

4.1 洞內措施

（1）掌子面采用砂袋堆碼（圖1），掛鋼筋網，打設錨管，噴射混凝土封閉掌子面。

圖1 掌子面噴?射混凝土

（2）堆碼袋裝水泥作為臨時封堵墻（圖2），澆筑商品混凝土回填反壓，確保掌子面穩定。

圖2 堆碼袋裝水泥

（3）在隧道內對周邊地層采用雙液漿回填注漿止水[4]（圖3）。

圖3 雙液漿回填注漿

（4）豎井底回填商品混凝土至暗挖隧道上臺階高度。

4.2 地面措施

（1）分三次對沉陷區回填商品混凝土。

（2）采用雷達掃描（圖4），探測地下空洞（圖5、圖6）。

圖4 地質雷達

圖5 雷達探測

（3）采用3臺鉆注體機械對坍坑滑落面及周邊松散地層進行鉆孔。

（4）打深孔壓注雙液漿注漿填充。

4.3 施工過程管理

（1）隧道施工方案按要求報審，并經過專家論證。隧道開挖前對現場施工人員進行安全技術交底培訓。

（2）施工過程檢驗資料按要求進行報審，并經過驗收。

（3）隧道開挖前對掌子面進行全斷面注漿，開挖過程中按設計要求進行超前小導管預注漿加固。

（4）隧道開挖前對掌子面進行超前地質探孔，以便確定注漿效果。開挖后對掌子面進行地質素描。

5 監測情況

（1）現場安排專人對周邊建構筑物、管線及塌陷影響區進行24h不間斷沉降監測、巡查[5-6]，無異常。

（2）10 月8 日報請了燃氣和自來水產權單位再次到現場實地勘察，管線均無異樣（表1）。

表1 塌陷附近地表點沉降監測成果表（SJ8）

監測結論：各測點處于比較穩定的狀態，未出現預警情況。

6 結論

市政隧道工程施工要對周圍環境與地質情況做深入調查了解，施工中注意應急物資儲備和應急演練并要做好施工巡視和監測，對發現的問題及時處理，展開應急工作。

隧道施工中出現的險情，進行救援方案布置，隧道洞內與地面分別采取應急措施，并注意與產權單位和管理單位對接，做好施工過程管理，沉降監測結果表明采取應急措施后未出現預警情況。