談隧道施工承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)安全預(yù)控與搶險(xiǎn)對策

柏友剛

摘要：隨著成都鐵路網(wǎng)密度的增加和地下開發(fā)的限制，間隔隧道越來越深。新建軌道線路區(qū)間縫隙位于⑤2層砂淤細(xì)密閉含水層和⑦層淤泥細(xì)砂層。在承壓水地層推進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)突涌數(shù)量不斷增加的情況下，尋找和完善承壓水域涌浪風(fēng)險(xiǎn)的安全預(yù)控和應(yīng)急預(yù)案非常重要。結(jié)合成都軌道交通工程建設(shè)中盾構(gòu)機(jī)升級改造的經(jīng)驗(yàn)，針對盾構(gòu)機(jī)升級改造、進(jìn)出隧道、旁路通道等重大施工危險(xiǎn)源的特點(diǎn)，提出了安全預(yù)控和應(yīng)急響應(yīng)措施。盾構(gòu)機(jī)施工過程中的加壓進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)為未來盾構(gòu)機(jī)施工提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：軌道交通;車站;深基坑;承壓水;突涌風(fēng)險(xiǎn);應(yīng)急搶險(xiǎn)

引言：基坑底部是有限的含水層，其上覆土層透水性很差（可以認(rèn)為是不透水的），基坑開挖降低了其上覆地層的壓力，上覆土層以下的圍封含水層的水力作用導(dǎo)致基坑底部地面抬高，并伴有泄水和噴砂問題，即突涌?；庸こ掏蝗挥克?，極有可能破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)，危及周邊環(huán)境安全。對此，迫切需要找到一種目標(biāo)控制方法，防止基坑突涌。

一、相關(guān)研究概述

以盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)研究中，宮本福等[1]分析盾構(gòu)事故的成因、施工過程和副作用、始發(fā)、到達(dá)，針對其他風(fēng)險(xiǎn)因素，提出了地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理的技術(shù)措施。崔九江[2]通過國內(nèi)外盾構(gòu)施工情況分析，提出了避免盾構(gòu)隧道施工危險(xiǎn)點(diǎn)的對策。曹景珍等[3]以廣州地鐵為工程背景，介紹了盾構(gòu)隧道施工面臨的風(fēng)險(xiǎn)及施工對策。郭宏元[4]分析了對上海地區(qū)砂土層內(nèi)外土壓平衡盾構(gòu)隧道的各種噴砂條件進(jìn)行了分析，提出了防滲堵漏等具體施工技術(shù)措施。范祥熙等[5]通過數(shù)值分析探討了預(yù)加固與降水相結(jié)合的含砂富水復(fù)合地層連通通道的施工技術(shù)方案。

盾構(gòu)隧道的發(fā)展主要由盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備及相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工技術(shù)驅(qū)動，而盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展與基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平和地下工程實(shí)際需求密切相關(guān)。30年來，盾構(gòu)機(jī)制造、施工技術(shù)和工程成果均取得突破。通過解決土壓平衡、泥水平衡、盾尾密封、隧道防水等一系列技術(shù)難題，盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)步更快更好，但面臨的問題也更多。盾構(gòu)隧道為裝配式結(jié)構(gòu)，具有“薄壁、多縫、低剛度、高風(fēng)險(xiǎn)”的特點(diǎn)，但整體剛度較小且較脆，抗外力破壞能力較差。在沙質(zhì)土壤中容易斷裂，拼裝結(jié)構(gòu)在施加水壓時(shí)容易斷裂。結(jié)合成都地區(qū)盾構(gòu)機(jī)升級改造經(jīng)驗(yàn)，針對盾構(gòu)機(jī)升級改造、入口隧道、旁路通道等施工風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵特征，提出入侵風(fēng)險(xiǎn)的安全預(yù)控和應(yīng)急處置措施是非常重要的。

二、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工

（一）盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)工作原理

1、推進(jìn)模式

推進(jìn)模式是一種用于控制盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的系統(tǒng)模式，主要提供推力來推動盾構(gòu)前進(jìn)，反作用力推進(jìn)液壓缸頂?shù)焦芷?。管片固定，?dāng)液壓缸推動管片時(shí)，反作用力均勻，使盾牌向前移動。通過控制比例變量泵和比例減壓閥，改變盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和姿態(tài)。調(diào)整部分作業(yè)區(qū)，通過調(diào)節(jié)液壓缸的壓力來改變盾構(gòu)掘進(jìn)的方向。主要工作原理為前進(jìn)時(shí)，電磁換向閥9工作于右邊的位置，壓力油通過比例減壓閥1、電磁換向閥9、液控單向閥6進(jìn)入推進(jìn)液壓缸的無桿腔。片上返回力將屏蔽向前推。單向閥用于防止液壓缸膨脹和縮回。液壓缸伸展，并向后推動該段，向前推動護(hù)罩。單向閥用于防止液壓缸膨脹和縮回。

2、管片拼裝模式

通過控制推進(jìn)液壓缸的快速伸縮，可以實(shí)現(xiàn)分段的快速裝配管片模式。裝配方式的原理是當(dāng)液壓缸快速展開時(shí)，推進(jìn)原理與液壓缸展開時(shí)相同，唯一的區(qū)別是

第一連接電磁球閥（3）打開，首聯(lián)插裝閥（2）打開，壓力油通過（2）與第一連接插裝閥的比例壓力進(jìn)入液壓缸的無桿腔，使液壓缸快速膨脹。當(dāng)液壓缸快速縮回時(shí)，電磁換向閥（9）工作在左位，壓力油同時(shí)通過第一組合插裝閥（2）和比例減壓閥（1）進(jìn)入液壓缸的桿腔。此時(shí)，給重疊電磁球閥（5）通電，重疊插裝閥（4）打開，回油可通過液控單向閥（6）和重疊返回油箱插裝閥（4），使液壓缸可以快速退出。縮回時(shí)，必須先通過卸荷閥（7）卸壓，以實(shí)現(xiàn)液壓缸快速縮回，減少壓力沖擊。

（二）螺旋機(jī)出土孔防噴

防治螺桿機(jī)鉆孔噴砂漏砂主要是落實(shí)設(shè)備保修管理制度。目前的盾構(gòu)機(jī)配備兩個(gè)閘門以加強(qiáng)防爆控制，一些施工單位在開挖口處增加了手動閘門。如螺桿機(jī)噴水、噴砂時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉兩道閘門，反轉(zhuǎn)螺桿機(jī)。

三、盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞

（一）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞地層加固共性問題

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出料口的加固對安全來說非常重要。如果在排水過程中地下室連續(xù)墻有外部塌陷孔，則必須在加固土壤之前對其進(jìn)行處理，以確保墻/土壤之間不存在“豎向”接縫。當(dāng)盾構(gòu)隧道出入口加固區(qū)域包括砂土、淤泥層（如3土層）等不利土層時(shí)，一般采取加固措施。目前，接受盾構(gòu)機(jī)起始長度6.0m和3.5m長度的一般加固已經(jīng)很少。如果施工現(xiàn)場有條件，加固長度將增加到11.0m以上。不使用任何條件，采用MJS或額外的冷凍加固。一般采用盾構(gòu)機(jī)長度加上2.0m長度，進(jìn)行全深度加固。

常用的加固方法有SMW法、MJS法、高壓注樁法、冷凍法等，一般采用一種或兩種方法來保證洞內(nèi)外土體的穩(wěn)定性。在特殊情況下，同時(shí)使用兩種或多種加固方法。對于實(shí)心鋼筋，應(yīng)優(yōu)先采用能保證垂直度和均勻度的方法。因此，不建議使用噴樁進(jìn)行大面積加固。若洞門埋深較深，出入口標(biāo)高位于承壓水位，或頂部有地下構(gòu)筑物（構(gòu)筑物），建議采用雙重加固措施，也就是說，采用水泥基增強(qiáng)材料輔以冷凍法或鋼套等對策。

（二）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞施工防水

傳統(tǒng)的盾構(gòu)掘進(jìn)方法是加固墻外土，加固加襪壓井，必要時(shí)減壓。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推動整個(gè)隧道或至少100環(huán)時(shí)，可以實(shí)施永久井口封閉。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞的風(fēng)險(xiǎn)還要防止三條縫的漏水現(xiàn)象。常用的入孔方法有：反襪套、環(huán)板、氣囊、彈簧鋼板、割盾尾（或留置盾尾）、孔環(huán)中的冷凍環(huán)管、鋼套筒/盒和開孔法。輔助作用包括多孔進(jìn)入、管段拉動、箍注漿和井點(diǎn)脫水。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)孔后，應(yīng)盡快焊接密封鋼板，密封孔圈。

四、井承壓水突涌預(yù)控對策

（一）勘察

1.檢查承壓水地層形成情況。工程調(diào)查階段需要確定下部承壓含水層的深度和邊界，土層變化位置的測點(diǎn)應(yīng)致密，間距應(yīng)小于15m。

2.水文勘察。對經(jīng)勘察計(jì)算存在承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)的基坑，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)水文勘察和抽水試驗(yàn)。

3.查明土層水力參數(shù)。應(yīng)確定各受約束含水層的各土層的約束性和滲透系數(shù)、水力連接、進(jìn)水量和影響半徑等水文地質(zhì)參數(shù)，作為降水設(shè)計(jì)和降壓及實(shí)施井的依據(jù)。

4.探明地下水位的變化。雖然壓水水的水位總體上是穩(wěn)定的，但隨著季節(jié)和區(qū)域工程降水存在一定的變化，后續(xù)的降水設(shè)計(jì)和開挖必須根據(jù)水位的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

5.合理布置勘探孔。而基坑周圍的探孔應(yīng)設(shè)置在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻）外側(cè)2m處，探孔的導(dǎo)流可以防止承壓水突涌進(jìn)入坑側(cè)，防止挖掘過程導(dǎo)致圍墻附近的水和土壤流失，必須在基坑外安裝用于勘探的波速管（如有）。

6.壓力井組施工完成后，應(yīng)進(jìn)行組井抽水試驗(yàn)，確定降壓、排水作業(yè)參數(shù)。根據(jù)開挖深度逐漸減小，根據(jù)試車結(jié)果開挖深度決定井組作業(yè)。在制承壓水頭控制足以滿足基坑穩(wěn)定性要求的情況下，應(yīng)盡量減少限制水位的降低，以控制降水對環(huán)境的影響。

（二）地下連續(xù)墻質(zhì)量控制

為阻隔坑內(nèi)坑內(nèi)外承壓水的連接，宜采用隔斷式止水帷幕，止水帷幕必須深入含水層至少3m。當(dāng)止水帷幕不能完全封堵有限含水層時(shí)，應(yīng)結(jié)合差異化按需降水規(guī)劃和環(huán)保要求，合理確定止水帷幕埋深。根據(jù)以往工程實(shí)踐，當(dāng)止水帷幕底部與泄壓井底部垂直距離大于10-15m時(shí)，滿足開挖要求，基坑內(nèi)降水對周圍環(huán)境影響較小。

五、結(jié)語

承壓水突涌容易導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，附近既有建筑物（構(gòu)筑物）也會受到不同程度的影響。在可能的情況下，應(yīng)使用降水方法來防止進(jìn)水。在本文中，我們討論了各種控制策略，希望所提出的內(nèi)容可以作為類似項(xiàng)目的參考。

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