管廊布设下的洞门施工技术及事故应急处理

张 君

（上海三维工程建设咨询有限公司，上海市 200060）

0 引言

地铁工程处于城市复杂建设环境中，其建设周期较长，工序间的交叉或施工顺序的先后常会伴着风险的潜藏，处理不当就会引发风险事故。地铁隧道位于市政管廊下方，二者施工常因客观条件的制约而发生冲突。

1 洞门施工风险事故及应急处理措施

1.1 设计工况

无锡地铁3 号线一期工程盛岸站东端头为盾构隧道接收洞门，洞门施工在盾构隧道贯通后进行，车站东端头隧道埋深16.44 m。车站围护结构形式为地连墙，端头采用三轴搅拌桩+三管高压旋喷桩进行加固。隧道上方有一断面3.1 m×2.6 m 的电力管廊，沿隧道纵向呈东西走向，管廊设计结构底标高为-4.2 m，换填厚度0.8 m，端头地面标高为2.49 m。管廊与隧道位置关系见图1、图2。

图1 隧道与电缆廊道平面关系图

图2 隧道与电缆廊道立面关系图（单位：m）

设计施工顺序：车站端头加固→电缆廊道施工→盾构接收→洞门施工

1.2 事故经过

本工程在进行隧道管片零环拆除工作中，对洞门周边以及隧道内起始的3 环正环管片壁后注双液浆，并通过管片螺栓孔检查止水效果，确定已完全止水后进行切割零环管片工序，当切割至隧道外侧8点钟位置，准备施工柔性接缝时，在该部位突然发生涌水涌沙，涌水量约0.5 m3/s，发生险情。事故涌水点位于车站东端头左线地表往下14.16 m 的位置，见图3。

图3 涌水、涌沙立面位置示意图

1.3 应急处理措施

（1）封闭原有交通，紧急交通导改。工地围挡外侧为既有交通道路盛岸路，20 世纪70年代的老旧房屋与端头井最近距离为23.8 m，周边环境较为复杂。所施工位置处于繁忙交通道路中，若持续涌水涌沙将会使地铁车站及上方市政道路路基土层持续发生脱空，导致土体出现沉降，而后极有可能影响周边管线及既有道路的正常运行，甚至危及附近民房，进而引发一系列重大公共安全事故。

（2）隧道内部止水。水土流失严重会引发后续灾害，对隧道产生威胁。迅速调集设备物资进行封堵及注浆处理：从隧道管片上开孔注浆，先打开喷涌点上方注浆孔，向孔内先注入聚氨酯，待聚氨酯遇水膨胀对水流进行阻挡后再注入双液浆（砂浆+水玻璃）进行填充加固，将管片与隧道壁间空隙填满，增加背衬强度。按此方法依次打开涌水点周边管片上的注浆孔继续以上步骤注浆，直至完全阻断水流。

（3）坑内实施抽水、反压，从喷涌点口部进行封堵。调运大功率多台抽水泵，将基坑内积水及时向外抽排，同时向基坑内迅速回填沙袋，反压于涌水涌沙位置，见图4。

图4 坑内反压封堵现场图

（4）坑外注浆。在涌水位置旁于基坑外侧从地面引孔（使用高效钻机设备，赢得抢险时间），从地面引好的孔内注入聚氨酯达到快速止水，然后注入双液浆（砂浆+水玻璃）再次进行封堵，见图5。

图5 地面引孔注浆

（5）加密监测。对隧道内部及沿隧道长、宽方向各2 倍基坑深的范围内对地面、周边建筑物加密监测，监测数据变化情况，同时加强现场风险巡查力度。

（6）地层加固。运用声波探测地层疏密情况，判断水土流失状态。对于探测到的薄弱地层采取从地面钻孔注入双液浆，填补地层内的疏松、空洞部位，提高地层强度。

1.4 事故原因分析

（1）土层性质原因。事故涌水点位于地表下14.16 m 的位置，根据勘察资料成果显示，该部位地层为④2砂质粉土层，土层渗透性较好，属中等透水性地层，为微承压水层。

（2）隧道上方电力管廊的影响。电力管廊的施工破坏了已完成的基坑外侧止水帷幕。隧道上方的电力管廊基坑采用放坡开挖方式，最大开挖深度约为地表下7.69 m，与隧道顶垂直距离最短为2.84 m，此开挖深度已进入地层性质较差的④2砂质粉土层，场地的地表水与地下水建立了连通，加大了隧道地下水水头高度，人为地制造了渗水通道，见图6。

图6 电力管廊内部渗水照片

（3）气候影响。受多日持续降雨影响，地下水补给量猛增，场地地下水水位抬高，动水头压力加大。

（4）交通影响。场外道路交通流量较大，多有重型车辆驶过，在车辆行驶动荷载作用下，进一步增大了地下土层内应力。

根据以上多重因素综合分析，事故地段围岩类别差，④2砂质粉土层土层强度较低，受外部动荷载及水位增大产生的动水头压力作用下，该层土体承载力急剧降低，流水夹带泥沙形成水状混合物，产生液化、流沙现象，从而造成突涌。

2 洞门施工技术

洞门衬砌为内径5 500 mm，外径6 700 mm 的钢筋混凝土环圈。混凝土强度等级C 40，抗渗等级P10，主筋保护层50 mm，间距150 mm。钢筋焊接成型，钢筋与钢板可靠焊接。

2.1 洞门形式

（1）内嵌式洞门。拆除零环管片后，管片进出洞环端面距车站内衬墙400～800 mm，即洞门宽度在400～800 mm 范围时，采用内嵌式洞门，见图7。

图7 内嵌式洞门构造图（单位：mm）

（2）内嵌-外凸式洞门。拆除零环管片后，管片进出洞环端面距车站内衬墙小于400 mm，采用内嵌-外凸式洞门，见图8。

图8 内嵌-外凸式洞门构造图（单位：mm）

（3）外凸式洞门。零环管片凸出内衬结构长度不大于400 mm 时，采用外凸式洞门，见图9。

图9 外凸式洞门构造图（单位：mm）

2.2 施工步骤

2.2.1 测量

施工放样，确定隧道中线（若有调线以调整后的隧道中线为准）定位。按设计图纸放出结构尺寸线，根据测量的结构尺寸线进行下料交底，控制好精度。

2.2.2 零环拆除

（1）拆除零环管片前对洞门周边，以及起始的3环正环周边注双液浆，通过管片螺栓孔检查止水效果，在确定止水完全后拆除零环。施工要点：

注浆及止水效果检查。在各环上、下、左、右四个位置，通过注浆孔探孔，探孔深度为深入管片外30 cm，观察管片上下、两侧的注浆孔是否有漏水情况，若存在漏水现象，则进行二次注浆（采用双液浆，双液浆配合比为水泥：水=1∶1，水玻璃：水泥=0.8∶1）。注浆完成后，再次进行止水效果检查，判断洞门密封质量，如此反复进行，直到所有孔位打穿后无水漏出时停止注浆。

（2）切割或拆除管片时不损坏相邻管片。

2.2.3 人工清渣

管片拆除后及时清理暴露面的浮渣。对于侵入限界的凝固砂浆，少量的人工用钢钎凿除，也可采用风镐进行凿除。凿除后将基面清理干净，控制基面凹凸度D/L＜1∶8。

2.2.4 钢筋施工

（1）钢筋焊接加工

a.钢筋焊接使用焊条、焊剂的牌号、性能以及使用的钢板及型钢符合规范要求和有关规定。

b.严格按设计图纸或料单进行钢筋下料，焊接成型时，焊接处不得有水锈、油渍、缺口、裂纹，无较大金属焊瘤。

（2）钢筋成型与安装

a.钢筋安装严格按设计图纸进行，外凸式、内嵌-外凸式洞门需在内衬墙上植筋以便将洞门紧密地与内衬结构连接在一起，植筋长度不小于20 d。

b.钢筋的钢种、根数、直径、级别符合设计要求，同一根钢筋上在30 d、且小于500 mm 的范围内只设一个接头，绑扎或焊接接头与钢筋弯曲处相距不小于10 倍主筋直径，且不位于最大弯矩处。

c.钢筋搭接采用搭接焊。钢筋骨架以梅花状点焊或绑扎成型，并设限位筋，保证钢筋位置准确。

d.保证焊接成型的钢筋网片或骨架稳定牢固，在安装及浇筑混凝土时不松动、不变形，钢筋与模板间设置足够数量与强度的垫块，确保钢筋的保护层厚度。

e.洞门钢筋与隧道进洞环预埋钢板焊接牢固，后浇部分与管片密贴、稳固，保证洞门与隧道刚性连接。

2.2.5 钢管施工脚手架搭设

搭设门外洞门施工人员脚手架操作平台，横距1 500 mm、纵距1 200 mm、步距1 800 mm，施工操作平台脚手架的搭设严格按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行施工，扫地杆、斜杆、剪刀撑加固，在顶部操作平台搭设护栏。

2.2.6 防水施工

防水是洞门工程施工的一个很重要的环节，防水效果是通过第一道到最后一道各工序防水环节的质量来综合体现，任何一个环节做得不好，都有可能对整体防水效果产生很大的影响，因此必须加强施工过程控制，把好每一道工序的防水质量关。

内嵌-外凸式洞门防水采用6 道遇水膨胀止水条，洞门管片端面及背面各贴一道20 mm×10 mm缓膨型遇水膨胀橡胶止水条，钢环内弧面贴两道缓膨型遇水膨胀止水条，车站顶/底板面贴两道缓膨型遇水膨胀止水条。遇水膨胀橡胶止水条延伸使用时，接头处采用水平重叠的方法进行搭接，搭接长度100 mm，并用高强钉加以固定，安装路径闭合成环，中间不留断点。内嵌式与外凸式采用4 道遇水膨胀止水条，洞门防水示意见图10、图11。

图10 内嵌式洞门防水示意图

图11 外凸式洞门防水示意图

由于钢筋绑完成后进行止水条的安装存在一定的难度，故为达到止水效果，施工采取在钢筋绑扎前进行止水条的安装。施工控制要点：

（1）遇水膨胀橡胶止水条粘贴平顺，不能出现脱胶、起鼓、歪曲现象。

（2）在止水条外涂缓膨胀剂，控制止水条安放时间，以保证在其发生膨胀之前（5 h 左右）灌注混凝土，防止暴露时间过长因潮湿或不可避免的沾水提前膨胀扭曲。

（3）止水条在管片及基面上固定牢靠后，在施工中加以保护，谨防碰撞。

（4）沿外贴式止水带外沿割除洞门处预留的多余防水板，以保证洞门后续混凝土浇筑的密实。混凝土浇注前对止水条全面检查，确保未发生变形后立即浇注混凝土，否则重新安放。

（5）注浆管沿着洞门一圈铺设，注浆导管4～5 m布置一个。

2.2.7 混凝土施工

施工控制要点：

（1）加固模板，清除模板内的杂物。模板架立牢固、严密，尤其是挡头板，不能跑模，避免出现水泥浆漏失现象。

（2）混凝土坍落度控制在16～18 cm，确保混凝土的和易性，出现离析的混凝土不得使用。

（3）洞门为密封罐式模板，工作面狭小混凝土浇注难度较大，施工中采用细石混凝土。

（4）混凝土充满整个模型，拌合物入模做到均匀不离析。浇筑速度不宜过快（按3m 3/h 的浇注速度进行），施工过程中严禁外来水渗透到正在浇灌的混凝土中。

（5）洞门顶部预留混凝土浇捣孔，混凝土分层灌注。振捣棒等距离插入，均匀地捣实全部混凝土，插入点间距小于振捣半径的1 倍。每层灌注时振动棒插入下层深度不小于5 cm，振捣时间为10～30 s。前后两次振捣棒的作用范围相互重叠，避免漏捣和过捣，振捣时不触及钢筋和模板。洞门每一部分混凝土浇注完成后用小锤敲击内模，检查有无空鼓现象，以确保混凝土的密实度。

（6）混凝土浇注时，左右对称，先下后上，由后向前有序进行，每次连续灌注，以减少接缝造成的渗漏现象。

2.2.8 混凝土的养护及模板拆除

（1）混凝土灌注完毕12 h 后拆除端模，并及时养护。待混凝土达到设计强度的100% 后拆除底模及脚手架并继续做好混凝土养护，严格控制混凝土的开裂。

（2）拆模、拆除脚手架时遵循先上后下，先非承重后承重的原则。

3 结语

因空间、时间多因素的制约，地铁隧道和市政管廊工程的施工常存在交叉，先施工管廊必然破坏车站端头土体止水帷幕，形成补水通道，给隧道盾构接收及洞门施工带来较大的风险，发生风险事故后的损失也将会不可估量；而若等洞门施工完成后再施工市政管廊，则又会对两者的施工带来许多障碍，也会造成整个建设工期的延长。如何平衡两者间的施工关系以达到安全、保质、如期完成整个建设任务，一方面，从施工层面，需要进行多方案的比选及优化，采取最佳的施工方案；另一面，从设计角度，也可从以下几方面再做进一步考虑：

（1）为避免车站端头处土体止水帷幕的破坏，给隧道盾构接收及后期洞门施工增加风险，可将车站端头土体加固区域内的市政管廊设计后施工，同时用软件模拟/计算此条件下管廊基坑开挖对成形隧道的影响程度。

（2）在先行施工市政管廊的条件下，增设管廊施工完成后该区域土体的隔水措施或止水帷幕的修复设计。

（3）隧道洞门形式尽可能设计为外凸式，避免其它形式的洞门施工需在成形隧道内对管片进行切割、拔除，对隧道壁产生扰动或破坏，从而引发隧道内涌水、涌沙等风险事故。