地鐵聯絡通道雨水倒灌處置關鍵技術研究

程輝

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

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

1 工程概述

1.1 事發位置

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

聯絡通道所處位置的隧道管片設計為鋼管片，管片內徑為φ5.4m，厚度300mm。聯絡通道初期支護厚度為200mm，采用型鋼支架+C25 早強混凝土形式支護，二次襯砌拱頂采用厚度400mm、側壁及泵房處厚度450mm 的C40 P10 鋼筋混凝土，初期支護層和二次襯砌結構層之間設PVC 塑料防水板+土工布結合的防水層。聯絡通道兼廢水泵房結構縱剖面如圖1 所示。

圖1 聯絡通道兼廢水泵房結構縱剖面

1.2 水文地質條件

根據地勘資料顯示，聯絡通道及泵房結構全斷面自上而下地層依次為③4粗砂、③5礫砂、③6圓礫。聯絡通道地下水埋深4.10～7.70m，地下水主要為第四系孔隙潛水，滲透系數為52.0～67.3m/d，屬中～強透水含水層，透水性好[1]。

2 險情發生及隱患分析

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

聯絡通道處于隧道最低點，采用冷凍法加固類礦山暗挖法施工。事發時，區間隧道及聯絡通道二襯結構已施工完成，廢水泵房尚未開挖施工。區間被倒灌雨水淹沒，隧道內進水約26000m3。事件發生后，存在主要風險隱患如下。

（1）安裝于隧道內的冷凍設備泡水損毀，長時間停凍，凍結壁逐漸失去凍結效果。聯絡通道所處地層為粗砂、礫砂及圓礫，地層含水量大。經蛙人潛入灌滿雨水的隧道內查看發現，泵房位置已發生輕微涌水涌砂現象，持續的涌水涌沙可能導致聯絡通道及聯絡通道周邊管片迎土面大范圍內出現空洞，如不及時采取補救措施將會導致聯絡通道結構及區間隧道管片坍塌。

（2）冷凍失效后引起地表沉降，如不及時采取補救措施將會導致地面塌陷，引起周邊雨、污水管、燃氣管等地下管線斷裂。

3 處置措施

3.1 地面深孔注漿加固

聯絡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行預加固止水。隧道范圍由地面加固至管片上方2m，其余范圍設定孔深25m（進入中風化巖層），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到完全阻斷地下水的效果。

3.2 洞內、外同步降排水

（1）增設降水井，降低水頭壓力。聯絡通道加固范圍外設置16 口降水井，南、北兩側各設置降水井4 口，東、西兩側各設置5 口，用于隔斷周邊地下水向聯絡通道處補給，以降低聯絡通道處的水位。降水井設計井底位于泵房底板以下0.5m，管井位置應綜合考慮地下水的縱向梯度、周邊環境及成井施工對區間管片、通道結構的振動影響等因素進行適當調整。圖2 為絡通道地面降水井平面位置。

圖2 聯絡通道地面降水井平面位置

（2）洞內、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倒灌雨水水頭高程一致后，隧道內同步進行抽排水，始終保持地下水位與隧道內水位壓力差穩定，從而降低洞內泵房位置涌水涌砂量。期間，加強地下水位及洞內水位監測[2]。

3.3 作業面反壓、支頂

區間隧道內積水抽排干凈露出泵房開挖面后，地面降水井持續降水，保持周邊地下水始終處于聯絡通道底板以下，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到一定強度，采取反壓支頂措施，具體措施設定：在反壓混凝土上依次鋪設15mm厚竹膠板、80mm×80mm 方木，并搭設盤扣支架，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的第一跨均應設置豎向斜桿。通過反壓、支頂方式避免后續突發涌水涌砂的風險。

3.4 壁后及環箍充填注漿

聯絡通道處采用1:1 水泥-水玻璃雙液漿進行壁后充填注漿，其兩側各6 環管片范圍內進行環箍充填注漿，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，增強隧道的穩定性[3]。

壁后注漿采用預留的注漿管注漿，環箍注漿采用水鉆鉆機進行管片開孔，將水鉆鉆頭伸入防噴涌裝置內，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下，閘閥可手動關閉。管片開透后，鉆頭端部退出閘閥外側，此時鉆頭依然具備擠壓盤根密封狀態。關閉閘閥并退出鉆頭，管片開孔完成，隨后進行注漿。鉆機就位、管片開孔如圖4 所示。

圖4 鉆機就位、管片開孔

3.5 后續泵房加固方案比選

泵房位置涌水涌砂風險解除后，針對后續泵房開挖構筑施工擬定兩種方案，并進行了對比分析。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 注漿范圍設計

根據工程地勘報告，結合設計要求及類似工程施工經驗，確定隧道土體加固范圍為聯絡通道土體開挖斷面周圈外擴不小于2.0m。采用水鉆開孔，開孔完成后及時進行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 注漿參數設定

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 的環向加固體。

（1）注漿量計算。根據漿液的擴散半徑與圍巖孔隙，并結合以往施工經驗及工程地質水文條件、注漿壓力進行注漿量的計算及漿液注入量控制。總注漿量計算公式如下：

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

（2）注漿壓力選定。根據注漿處地層深度計算，設計注漿壓力（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。

壓力系數取值如表2 所示。

表2 壓力系數取值

經計算，選用壓力小、流量大的雙液注漿設備，注漿量控制在272～326m3，注漿壓力控制在0.3MPa～0.5MPa。以上計算數據只是理論計算數量，具體以反壓混凝土不發生起拱為基準，注漿壓力根據隧道內管片監測情況及時進行調整[4]。

4 實施效果

現場在完成上述處置方案后，泵房位置涌水涌砂風險解除，隧道內監測數據正常。MJS 注漿加固施工結束后，在泵房開挖斷面的左、中、右部分別打設2 個探水孔，孔深5m，經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，隨后進行泵房開挖構筑施工，現場開挖面穩定，最終順利完成泵房結構施工，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[5]。

5 結語

通過南昌地鐵區間聯絡通道因雨水倒灌突發事件導致洞內冷凍失效、發生涌水涌砂事件后采取的一系列有效措施，為今后在應對聯絡通道施工時遇到突發事件提供了施工參考，總結得出以下結論。

（1）工程施工前，需建立完善有序地突發事件應急響預案，在工程出現隱患風險時，一個有序、迅速地應急反應機制，能快速控制并解決隱患突發風險。因此對于地鐵區間聯絡通道高風險工程施工來說，配備足夠的搶險物資和應急人員，并建立、健全應急反應機制是至關重要的。

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

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