盾构隧道涌水涌沙事故抢险救灾技术分析

田茂海

（太原市轨道交通发展有限公司，山西 太原 030000）

随着人口的增多、交通出行压力的增大，地铁以其高速度、少占地及高准点率等性能，在当今中国发展迅速[1]。截至目前，中国已有33个城市申报城市轨道交通建设，共有28个城市获批城市轨道交通建设资质。中国自2020年之前，城市交通投资已超过1个亿，其中大部分为城市地铁建设投资[2]。

城市地铁建设规模大、建设投资多，一旦发生施工事故将造成极大的经济损失。然而，随着地铁建造深度增大，地质状况越加复杂，地铁施工事故频次增多，其中以渗漏水引起的施工事故为主[3]。因此，针对地铁隧道施工事故的应急抢险技术研究变得极为重要，部分学者进行了相应的研究。邓继杰等[4]根据南京地铁2号线塌方事故，分析了矿山法隧道塌方事故的应急抢险方案。张存[5]根据某地铁盾构隧道坍塌事故，分析了破损范围探测方法、破损修复段接头处理技术。雷大鹏[6]借助宝成线109号隧道，分析了该隧道地震受损情况、抢险方法及加固方案。文章以太原某地铁隧道事故为例，分析了盾构隧道涌水涌沙事故应急抢险技术及监测控制方法。

1 应急抢险手段

隧道涌水涌沙事故出现后，应第一时间启动应急预案，针对涌水涌沙事故原因及所处环境状况进行抢险救灾，减少涌水涌沙事故所造成的经济损失及环境影响。文章研究仅针对盾构隧道涌水涌沙事故发生后的应急抢险技术及控制措施，事故上报等管理措施在文中未被体现。隧道涌水涌沙事故应急抢险步骤：（1）涌水涌沙事故出现后，技术人员需根据事故点周围地质状况进行分析，对涌水量、水压及涌水涌沙量进行判断及预估，对水泵需求量进行计算（计算抽水量约为涌水预估量的1.2倍），并安排专人对水泵运行状态负责。在排水的同时，使用沙袋等储备物资对涌水点进行填埋并在洞口附近设置防水墙。（2）组织专家及相关技术人员进行现场调研，查明现场的地质状况、水文状况、涌水的位置及过程、采取的措施及效果，为事故原因分析提供现场的写实资料。（3）根据现场的调研资料，由专业人员召开技术会议，分析需要采取的抢险救灾手段，如打开盾尾铰接紧急密封、封堵、注浆等。（4）由施工人员根据专家推荐的应急处理措施对涌水涌沙事故进行紧急处理，并根据处理过程中事故的发展状态对处理措施进行调整。（5）如果隧道上覆地面坍塌，施工人员需采用C15混凝土或碎石土进行填埋、夯实，直至地表平坦。若隧道上覆岩土涌水涌沙因出现空洞，则需对空洞处进行注浆加固，注浆量需超过涌沙量。（6）加强对隧道本体及周围环境的监测（隧道拱顶沉降、洞径收敛、周边建筑物沉降位移、地下管线沉降位移、上覆土体空洞），当涌水涌沙基本消失，监测数据基本稳定，对周边环境造成的不良影响基本消除，应急抢险即告结束。

2 太原某隧道事故案例

太原某地铁隧道在车站端头右线隧道洞门处出现了涌水涌沙险情，且涌水涌沙量较大。随着险情的发生，盾构隧道管片出现了整体变形、裂缝发育、错台接缝增大等病害，错台最大量达到了35mm，如图1所示。

图1 事故隧道最大错台位置现场图

在险情发生，对险情进行简要处理后，立即组织专家根据当地水文地质状况及隧道建造形式进行了调研。结果表明：事故区间隧道主要穿越的地层为2-3-1黏质粉土、2-3-2砂质粉土、2-4粉细砂，如图2所示。且该区间地下水主要为第四系松散层孔隙潜水，孔隙潜水含水层为第四系全新统人工填土、冲积粉土与砂、砾石层，水位埋深1.8～3.0m，高程为784.10～785.95m，主要靠大气降水及侧向径流和城市供水、排水渗漏补给，排泄方式以蒸发、人工抽取地下水及侧向径流排泄为主。

根据上述水文地质现状，专家分析事故发生区段地质复杂，隧道下卧深厚富水中砂层，地下水具有承压性，盾构机接收时发生涌水涌沙的风险较高。事故段隧道顶部埋深约14.1m，地层由上而下分别为素填土、粉质黏土、粉细砂、黏质粉土以及中砂，其中黏质粉土属于液化土，隧道穿越粉细砂与中砂层，总体上工程地质条件很差，属于高灵敏富水软弱地层。因此，引发涌水涌沙突发事件，导致隧道下卧土体掏空，衬砌环不均匀沉降和结构破损。

图2 事故区间隧道地质断面图

图3 监测曲线图

根据事故原因及专家建议，采取“涌水点反压+地面引孔注浆+隧道内径向注浆”堵漏等措施。在事故区间第622环及洞口处用沙袋垒筑2道挡水坝，现场投入4台11.5kW污水泵及时抽排积水，防止区间及车站积水淹泡。后采用袋装水泥堆码2道间距3m挡墙，用棉被、棉纱及编织草帘塞堵，并浇筑混凝土及利用袋装水泥反压，现场实际浇筑混凝土93.5m3，总计224.4t。同时，采用地面引孔注浆及隧道内径向注浆，初期地面和洞内注浆共计1063.42m3。通过抢险期内的多种措施，隧道结构基本稳定，但为加强事故周边土体，需继续进行注浆加固，共计注浆量101.5m3，主要为洞内注浆。

在事故过程中，监测数据对抢险救灾提供了重要的指导作用。通过地表沉降确定隧道涌水涌沙事故造成的上覆地层的岩土损失，在其指导下可通过土体注浆进行空洞的补充；通过周边建筑物的位移及裂缝监测，可以确定涌水涌沙事故对周边建筑物的不良影响，在其指导下应及时采取加固措施减少事故造成的社会不良影响；通过隧道本体线性、沉降及错台等监测数据，可以确定隧道在承受事故后的健康状况，可针对性地采取修复措施使得事故隧道满足运营结构强度要求，减少事故引起的经济损失。

监测曲线图如图3所示，包括地表沉降监测、周边建筑物沉降监测、拱底高程沉降监测。从图3可以看出，在后续注浆过程中，地表趋于稳定，建筑物沉降稍微有所减少，管片抬升数据稳定。太原该事故隧道涌水涌沙基本消失、监测数据基本稳定、对周边环境的不良影响基本消失，事故抢险过程结束。

3 结论与认识

文章形成了盾构隧道涌水涌沙事故后应急抢险技术及流程，并分析了一起隧道涌水涌沙事故应急的典型案例。得到的主要结论及认识如下：

（1）盾构隧道涌水涌沙事故后需要进行抢险救灾，遏制事故的继续劣化，减少事故的不良影响，主要包括事故状态调研、事故原因分析、抢险方案制定、周边土体加固、全过程持续的隧道及环境监测。（2）在太原某地铁隧道涌水涌沙事故中，借鉴了上述应急抢险处理技术及流程，成功解决了该隧道涌水涌沙事故，证明该应急抢险技术的工程应用性，为其余地区隧道涌水涌沙事故提供了借鉴方案。