电缆隧道掌子面涌水突泥原因分析及处理

吴永钦

深圳地区属于地面坍塌比较频繁的城市之一，几乎全年每个月均有地面坍塌事故发生。随着深圳轨道交通建设的快速发展，由地下隧道施工引起的地面坍塌事故起数也呈现增长的趋势，如何预防地面坍塌事故的发生是摆在广大工程建设者面前的一大难题。本文通过分析深圳某电缆隧道发生涌水突泥的原因，进而提出处理的方法，为减少地面坍塌事故和为类似工程施工提供借鉴。

一、项目概况

2017年10月，深圳某电缆隧道工程在矿山法施工掌子面突然出现涌水突泥，且掌子面对应的地面位置出现地表下沉，继而扩大为塌陷，塌陷面积约60m2，塌陷深度约3m，现场无人员伤亡。

该电缆隧道采用断面弧顶直墙平底结构，开挖断面尺寸为6.2m（宽）×6.14m（高）。主要支护形式采用“0.5m间距格栅拱架+超前小导管+全断面”注浆加固。塌方段隧道拱顶埋深约18.8m，洞身范围为全、强风化花岗岩地层，洞顶由上至下依次为人工填土、中粗砂、粉质黏土、粗砾砂、砾质黏土、全、强风化花岗岩。塌方段隧道采用台阶法施工，该段矿山法区间是为了处理西侧某大厦基坑施工时留下的预应力锚索，为盾构空推通过提供条件。

西侧某大厦基坑深22.25m，围护及支护结构采用“钻孔灌注桩＋锚索”结构。东侧锚索竖向布置有4层，其中第三层部分锚索侵入电缆隧道，第四层锚索全部斜向下侵入洞身，侵入隧道洞顶以下最小约2.1m、最大约2.7m，穿越洞身长度最小约4.7m、最大约6.2m，且穿越洞身的锚索均为未注浆填充孔道的自由段。

施工单位通过电缆隧道竖井往北侧施工矿山法隧道，采用台阶法施工，出现涌水突泥的断面离竖井水平距离不到7m。

二、原因分析

险情发生后，参建单位和专家团队立即进行现场踏勘、查阅施工图纸和询问现场施工情况，最后分析得出突水涌水的原因如下：

1.隧道围岩周围存在较大渗水通道和存在丰富的地下水是隧道坍塌的直接诱因。该段锚索处理段矿山法隧道地层软弱，地下砂层较厚富存大量的地下水，隧道周边某大厦施工基坑为桩锚支护，可能存在锚索灌浆不饱满情况和电缆隧道注浆止水帷幕不完整共同影响，形成直通隧道掌子面的透水通道，隧道上方砂层地下水与隧道周围渗水通道连通，地下水从隧道顶部涌入开挖面。水压力逐渐增大击穿隧道拱顶支护圈，引起隧道开挖面大量涌入泥水突泥，进而引起地面坍塌。

2.施工单位未根据隧道掌子面存在锚索的客观条件，采取针对性措施确保注浆帷幕的完整性，另外施工单位对锚索处理段矿山法隧道风险认识不足，现场出现渗水征兆后，应急处理不够及时，措施不够得当，导致隧道渗水事态扩大，以至隧道坍塌冒顶至地面，危及周边建筑物、道路和地下管线等周边环境安全。

3.应急预案没有针对性，应急物资未在施工现场储备，应急演练流于形式走过场，演练后未进行分析总结并加以改进，抢险时应急物质供应跟不上耽误时间较久。

三、处理方案

针对地面坍塌隐蔽性、复杂性、突发性等特点，按照“技术先进、科学合理、经济适用”的原则，参建单位和专家团队制定了以下处理方案。

1.检查塌腔位置的管线是否受损，积极跟管线产权单位协商，确定管线的保护和迁改方案。

2.地面空洞部分用C20混凝土回填，第一次先回填标高到地面下2.2m，恢复完成被损坏的雨污水管道后，再回填至地面标高下30cm，最后用回填土回填至原地面标高。

3.要求对塌陷周边地面用地质雷达探测，探测是否存在空洞，如有空洞要进行注浆处理。

4.险情处置过程中，监测单位要严密跟踪监测。

5.洞内坍塌体处理采用封闭止水，注浆加固方案。

四、处理工艺流程

对坍塌体的处理和后续锚索处理段施工依照以下原则：“稳坍体、强支护、勤量测、速反馈”。施工单位对该电缆隧道的处理流程为“封堵坍塌体→坍塌体排水→坍塌体注浆加固→近塌方段拱顶加固→清除洞内坍塌物，恢复施工”。其具体步骤为：

1.封堵坍塌体。坍塌处离竖井边缘不足7米，部分坍塌体都已漫流到竖井里，利用竖井的围护结构把隧道的洞门用模板封堵，防治坍塌体流动。

2.坍塌体排水。在坍塌体两侧设置排水沟，利用竖井，将从坍塌体流出的水用水泵抽排水到地面排水管网。

3.坍塌体注浆加固。坍塌体含水率高达70%左右，首先采取封闭止水，注浆加固，注浆采用注双液浆的形式。

4.近坍塌段拱顶加固。在近坍塌段拱部打入φ42mm超前小导管注双液浆，按照斜向上20度角打入，环向间距0.5m，纵向间距0.5m，导管长度为4.5m。

5.清理洞内坍塌物，施作超前小导管，采用型钢钢架支护，钢架与壁面楔紧，相邻钢架连接紧密牢固，间距0.30m/榀，采用短进尺，人工开挖，完成涌水突泥段处理。

在涌水突泥段处理全过程中，参建各方做好值班值守，及时处理施工过程中出现的异常情况，监理单位对每道工序要严格把关，做好隐蔽验收工作，关键工序进行旁站。

五、处置效果

地面塌陷区域采用C20混凝土回填，共填充混凝土150方。对坍塌周边地面进行地质雷达探测，发现道路人行道塌陷区域附近地质松散，采取了注浆处理。

第三方监测显示，经注浆处理后，塌陷区及周边地表变形稳定，周边建（构）筑物、管线无异常情况。洞内坍塌段采取加强支护措施，后续矿山法隧道施工掘进顺利，未发生再次地面坍塌。

六、后续段锚索处理段的处理

后续锚索处理段施工要吸取涌水突泥事故的教训，要提高思想认识，加强施工安全措施，具体措施有：

1.电缆隧道临近建筑物，该区域地下水位高，前期施工的锚索穿过电缆隧道，存在空腔或水囊，设计图纸应明确截排水和空腔（水囊）的处理措施。

2.建设、施工单位应加强隧道沿线地下管线的实地调查，对年代久远、破损、渗漏的地下管线等，特别是有锚索穿过的位置，要弄清楚锚索伸入的长度、数量，要结合实际采取风险防范措施。

3.施工单位应加强超前地质预报工作，委托具备岩土工程物探测试检测监测专业资质的单位采用地质雷达等物探方式对隧道全线进行超前地质预报，发现异常情况及时反馈，探测范围要超出拱顶范围3m，探测长度沿掘进方向不超过25m。

4.地质情况复杂、围岩变化较大或有空腔水囊的区段，监理单位应组织参建各方召开专题会议进行研究，明确是否需要补充勘察或其它处理措施。

施工单位后续加强了超前地质预报和对空洞的处理措施。经过近4个月的处治，采用短进尺、强支护、勤量测等措施，顺利通过了80m长锚索处理段。从第三方监测单位监控数据分析，隧道支护结构拱顶沉降值为9mm，净空收敛为10mm，符合规范要求。

七、结语

1.参建单位要牢固树立安全发展理念，牢牢守住安全发展底线，举一反三、毫不松懈抓好安全生产工作，认清事故危害的严重性，不断强化自我的安全意识。

2.加强隧道沿线地下管线调查，特别是污水管道、燃气管道、预应力锚索等确切位置并进行连续监测。

3.矿山法隧道开挖前应进行地质雷达扫描等超前地质预报，了解前方地质变化情况，及时作出施工方案调整。

4.当隧道涌水突泥灾害发生后，应详细了解灾害的发生过程，分析灾害发生的原因，尤其查明水的来源及与隧道周边现有河道是否有水力联系等，并分析处治的重难点，从而有针对性地制定处治措施，二次衬砌在不影响初支施工的前提下要尽快施工。

5.根据施工现场实际，按照应急预案准备应急物资，开展应急演练，有效提高应对突发事故的能力。

6.加强跟当地“地防办”的沟通联系，掌握施工沿线地下管线探测、巡查的第一手资料。