城区繁华地段隧道透水险情分析及应急处置

吴发展

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）

隧道施工中由于地质作用和人类工程活动引起的灾害是工程建设的大敌，地下水的存在影响隧道施工安全，隧道突水灾害是地质条件与工程活动的综合体，为减轻灾害的危害程度，须采取正确合理的措施。贺振宇等[1]针对隧道突水灾害，分析典型工程案例，根据隧道围岩条件及破坏特征，归纳提出六种突水破坏模式，提高施工人员对潜在致灾构造的识别。李术才等[2]通过突水突泥灾害实例的统计分析，研究不同类型致灾构造的结构特征，提出隧道突水突泥孕灾模式。李晓昭等[3]通过对隧道突水突泥案例的现场调研和统计分析，总结分析其典型地质特征，提出了致灾构造的判别理论方法。地处城区繁华地段的电缆隧道在施工中发生了透水险情，以此工程实例分析险情原因并采取合理的应急处置，消除险情。

1 工程概况

电缆隧道SJ8竖井至SJ6-1竖井矿山法隧道长80m（SK3+945.754～SK3+865.754），隧道为平面直线，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。SJ8 竖井端隧道拱顶埋深约18.8m，洞身范围为全、强风化花岗岩地层，洞顶以上由上至下依次为人工填土、粉质粘土、中粗砂、砾质粘土，全、强风化花岗岩等地层。隧道为自洞口向内的单面下坡，纵坡为12.77%，最高点位于SJ8竖井口。隧道采用台阶法开挖，该隧道位于京地大厦东侧斜下方，沿彩田路西侧绿化带自南向北布设。据京地大厦相关资料显示：其基坑深22.25m，围护及支护结构采用钻孔灌注桩+锚索结构。锚索自上而下共布置有4 层，每层46根，共184 根，层竖向间距3.5m，每层平面间距1.6m。其中第四层锚索共计46根全部斜向下垂直穿越洞身，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。隧道平面走向与京地大厦基坑长边呈八字形布置，间距最近端为近S.J8 竖井端隧道洞口，最远端为矿山法隧道与盾构隧道交界处，隧道开挖边线距京地大厦基坑钻孔桩边平面距离分别为最近0.81m，最远7.12m，均为近临。SJ8竖井进洞6m 处隧道开挖边线平面距京地大厦基坑支护桩边1m，洞顶标高较基坑底高2.685m；基坑第四层第二根锚索侵入隧道，锚索穿过隧道近、远锚索侧拱墙节点较开挖拱顶分别低0.66m和2.47m：锚索穿越洞身5.27m，均为锚索自由段。隧道范围内分布有DN2000 雨水管线1条（埋深约5.6m）为混凝土管承插式接口、DN1000污水管线1 条（埋深约5.4m）、DN600 上水管线1 条（埋深约2.9m），三条管线均位于隧道斜上方，靠近彩田路一侧，走向大致与隧道平行。

2 透水险情

10 月5 日晚上19:10，现场值班人员巡视SK3+945.754～SK3+865.754 段矿山法隧道及SJ8 竖井，发现SJ8 竖井至SJ6-1 竖井段矿山法隧道进洞6m 处已封闭掌子面（SK3+938.522）出现少量掉块，立即通知施工单位项目值班领导，启动应急预案，现场采取掌子面堆码砂袋反压、靠近掌子面打设钢插管等抢险处置措施封堵掌子面，同时严密监控掌子面情况。22:55掌子面出现透水，现场撤离人员。抢险期间掌子面发生涌水，略有腥臭味。10 月6 日凌晨3:30 地表巡视发现SJ8 井北侧福华变电站生活区（位于项目施工围挡内）出现地表下沉，继而扩大为沉陷，造成8间集装箱宿舍倾斜。隧道发生透水险情后，项目部立即启动应急预案，隧道内停止作业，撤离所有洞内作业人员，同时疏散地面人员，立即向监理、水务集团、燃气公司等相关单位报告，并同步在地面和洞内展开应急抢险工作，截止10 月7日凌晨1:00险情消除。

3 险情分析

3.1 原因分析

（1）京地大厦基坑围护结构钻孔灌注桩施工有可能塌孔，导致桩外侧出现塌腔，另外京地大厦锚索穿越地层为富水地层，锚索钻孔易造成水土流失，极易导致锚索周边形成坍腔；同时，京地大厦基坑开挖过程中，也可能存在桩间涌水涌砂，导致水土流失形成坍腔；密集打设四层小间距锚索（水平间距仅1.6m）容易形成连通、体量较大的坍腔群区，而上述这些坍腔群区长期受地下水灌泡，腔体周圈地层极易不断掉块，经长期反复塌坍和坍体泡水，最终形成隧道上半断面及洞顶上方分布有相互连通且范围较广、数量众多、体量较大的泥囊包群。

（2）隧道穿越区域位于京地大厦基坑施工近临影响地层范围，隧道穿越地层为经过基坑围护结构、锚索及基坑开挖施工多次扰动后，非原状地层，实际地层已很松散，且地下水已穿透多层地层而形成上下串水通道。

（3）侵入隧道净空的京地大厦基坑锚索为自由段，锚索穿越多种地层，顺锚索孔道形成串水通道，长期浸泡隧道拱顶全风化及强风化花岗岩地层，围岩崩解软化成流塑体，形成泥囊。

（4）隧顶上方承插式接口的DN2000混凝土雨水管线受地层差异沉降影响，接头老化开口漏水，雨水渗入地层中长时间浸泡砂土，局部形成流塑状泥囊。

3.2 机理分析

隧道洞身穿越实际为经过多次反复扰动的松散富水地层，且隧道上断面及洞顶上方存在大量的大体量连通泥囊包群。隧道开挖卸除泥囊包裹土体，导致泥囊破裂，泥囊带水瞬间下坠流失，形成突泥突水，泥囊流失卸压诱使连通的其他泥囊顺流涌出，形成大面积涌水涌泥，数个泥囊流失形成众多空腔，造成洞项侧前方地层出现多处空腔，空腔以上富水地层难以自稳，滑落体随地下水迅速涌入洞内并淹井，最终导致地面形成塌陷。

4 应急处置

上级领导到现场进行救援方案布置，隧道洞内与地面分别采取应急措施，并做好施工过程管理。

4.1 洞内措施

（1）掌子面采用砂袋堆码（图1），挂钢筋网，打设锚管，喷射混凝土封闭掌子面。

图1 掌子面喷?射混凝土

（2）堆码袋装水泥作为临时封堵墙（图2），浇筑商品混凝土回填反压，确保掌子面稳定。

图2 堆码袋装水泥

（3）在隧道内对周边地层采用双液浆回填注浆止水[4]（图3）。

图3 双液浆回填注浆

（4）竖井底回填商品混凝土至暗挖隧道上台阶高度。

4.2 地面措施

（1）分三次对沉陷区回填商品混凝土。

（2）采用雷达扫描（图4），探测地下空洞（图5、图6）。

图4 地质雷达

图5 雷达探测

（3）采用3台钻注体机械对坍坑滑落面及周边松散地层进行钻孔。

（4）打深孔压注双液浆注浆填充。

4.3 施工过程管理

（1）隧道施工方案按要求报审，并经过专家论证。隧道开挖前对现场施工人员进行安全技术交底培训。

（2）施工过程检验资料按要求进行报审，并经过验收。

（3）隧道开挖前对掌子面进行全断面注浆，开挖过程中按设计要求进行超前小导管预注浆加固。

（4）隧道开挖前对掌子面进行超前地质探孔，以便确定注浆效果。开挖后对掌子面进行地质素描。

5 监测情况

（1）现场安排专人对周边建构筑物、管线及塌陷影响区进行24h不间断沉降监测、巡查[5-6]，无异常。

（2）10 月8 日报请了燃气和自来水产权单位再次到现场实地勘察，管线均无异样（表1）。

表1 塌陷附近地表点沉降监测成果表（SJ8）

监测结论：各测点处于比较稳定的状态，未出现预警情况。

6 结论

市政隧道工程施工要对周围环境与地质情况做深入调查了解，施工中注意应急物资储备和应急演练并要做好施工巡视和监测，对发现的问题及时处理，展开应急工作。

隧道施工中出现的险情，进行救援方案布置，隧道洞内与地面分别采取应急措施，并注意与产权单位和管理单位对接，做好施工过程管理，沉降监测结果表明采取应急措施后未出现预警情况。