地铁联络通道雨水倒灌处置关键技术研究

程辉

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

近年来，为缓解交通压力，各大城市地铁建设步伐急剧加快，各类突发工程事故也不断涌现，其中，联络通道便是地铁区间隧道施工中极易出现突发事件的高风险工序，联络通道上方面临繁忙的市政道路、地下建构筑物、各类管线、江河湖泊等风险源，施工条件差，工程风险高，在这种背景之下，如何灵活应对施工中出现的各类风险，解决联络通道的施工风险并做好后续的修复施工，是冻结法施工中亟需解决的难题。本文以南昌地铁4 号线火炬站-北沥站盾构区间联络通道因雨水倒灌导致的涌水涌砂突发事件为例，总结此类突发事件的处理经验，以供其他工程灵活应对出现的类似风险。

1 工程概述

1.1 事发位置

南昌地铁4 号线火炬站—北沥站区间1 座联络通道（带废水泵房），左（右）线中心里程分别为SK35+596.000、XK35+592.400，联络通道处于火炬五路正下方，拱顶埋深17.5m，线间距14.3m。

联络通道所处位置的隧道管片设计为钢管片，管片内径为φ5.4m，厚度300mm。联络通道初期支护厚度为200mm，采用型钢支架+C25 早强混凝土形式支护，二次衬砌拱顶采用厚度400mm、侧壁及泵房处厚度450mm 的C40 P10 钢筋混凝土，初期支护层和二次衬砌结构层之间设PVC 塑料防水板+土工布结合的防水层。联络通道兼废水泵房结构纵剖面如图1 所示。

图1 联络通道兼废水泵房结构纵剖面

1.2 水文地质条件

根据地勘资料显示，联络通道及泵房结构全断面自上而下地层依次为③4粗砂、③5砾砂、③6圆砾。联络通道地下水埋深4.10～7.70m，地下水主要为第四系孔隙潜水，渗透系数为52.0～67.3m/d，属中～强透水含水层，透水性好[1]。

2 险情发生及隐患分析

受百年不遇的强降雨影响，赣江水位猛涨并超出警戒线近1m，市政排水管网瘫痪，雨水漫过车站出入口及风亭挡土墙涌入车站，进而灌满整个区间隧道。

联络通道处于隧道最低点，采用冷冻法加固类矿山暗挖法施工。事发时，区间隧道及联络通道二衬结构已施工完成，废水泵房尚未开挖施工。区间被倒灌雨水淹没，隧道内进水约26000m3。事件发生后，存在主要风险隐患如下。

（1）安装于隧道内的冷冻设备泡水损毁，长时间停冻，冻结壁逐渐失去冻结效果。联络通道所处地层为粗砂、砾砂及圆砾，地层含水量大。经蛙人潜入灌满雨水的隧道内查看发现，泵房位置已发生轻微涌水涌砂现象，持续的涌水涌沙可能导致联络通道及联络通道周边管片迎土面大范围内出现空洞，如不及时采取补救措施将会导致联络通道结构及区间隧道管片坍塌。

（2）冷冻失效后引起地表沉降，如不及时采取补救措施将会导致地面塌陷，引起周边雨、污水管、燃气管等地下管线断裂。

3 处置措施

3.1 地面深孔注浆加固

联络通道兼废水泵房采用地面袖阀管深孔注浆的方式对其周围土体进行预加固止水。隧道范围由地面加固至管片上方2m，其余范围设定孔深25m（进入中风化岩层），孔底位于泵房底板以下约0.5m。注浆采用直径48mm 的PVC 袖阀管、水泥-水玻璃双液浆注浆方式，注浆采取多孔间隔注浆及缩短浆液凝固时间的措施来减少因地下水流动造成的浆液流失。

考虑到地面管线密集，为避免注浆造成管线破坏，注浆孔位置通过测量放样确定，避开地下管线位置。在管线影响范围内不能打孔注浆，只能起到局部加固止水效果，不能形成完整止水帷幕达到完全阻断地下水的效果。

3.2 洞内、外同步降排水

（1）增设降水井，降低水头压力。联络通道加固范围外设置16 口降水井，南、北两侧各设置降水井4 口，东、西两侧各设置5 口，用于隔断周边地下水向联络通道处补给，以降低联络通道处的水位。降水井设计井底位于泵房底板以下0.5m，管井位置应综合考虑地下水的纵向梯度、周边环境及成井施工对区间管片、通道结构的振动影响等因素进行适当调整。图2 为络通道地面降水井平面位置。

图2 联络通道地面降水井平面位置

（2）洞内、外同步降排水，保持水压平衡。降水井附近水位降至与隧道内倒灌雨水水头高程一致后，隧道内同步进行抽排水，始终保持地下水位与隧道内水位压力差稳定，从而降低洞内泵房位置涌水涌砂量。期间，加强地下水位及洞内水位监测[2]。

3.3 作业面反压、支顶

区间隧道内积水抽排干净露出泵房开挖面后，地面降水井持续降水，保持周边地下水始终处于联络通道底板以下，并立即对泵房部位采取反压措施。具体做法如下：布置φ10mm@150mm×150mm 钢筋网片，浇筑混凝土将泵房处填平至与底板齐平，厚度为300mm，同时预埋8 根注浆孔，均匀分布，若封堵板仍有渗水情况，可采取注浆封堵。废水泵房钢筋混凝土反压处理如图3 所示。

图3 废水泵房钢筋混凝土反压处理

待泵房反压混凝土达到一定强度，采取反压支顶措施，具体措施设定：在反压混凝土上依次铺设15mm厚竹胶板、80mm×80mm 方木，并搭设盘扣支架，支架间距为600mm×1200mm×1200mm（横距×纵距×步距），在支架架体四周外立面向内的第一跨均应设置竖向斜杆。通过反压、支顶方式避免后续突发涌水涌砂的风险。

3.4 壁后及环箍充填注浆

联络通道处采用1:1 水泥-水玻璃双液浆进行壁后充填注浆，其两侧各6 环管片范围内进行环箍充填注浆，用以填充少量涌水涌砂造成的管片背部空洞，从而约束管片变形，增强隧道的稳定性[3]。

壁后注浆采用预留的注浆管注浆，环箍注浆采用水钻钻机进行管片开孔，将水钻钻头伸入防喷涌装置内，钻头大小可满足挤压盘根压紧的密封要求，且钻头长度可满足挤压盘根压紧状态下，闸阀可手动关闭。管片开透后，钻头端部退出闸阀外侧，此时钻头依然具备挤压盘根密封状态。关闭闸阀并退出钻头，管片开孔完成，随后进行注浆。钻机就位、管片开孔如图4 所示。

图4 钻机就位、管片开孔

3.5 后续泵房加固方案比选

泵房位置涌水涌砂风险解除后，针对后续泵房开挖构筑施工拟定两种方案，并进行了对比分析。泵房加固方案对比分析如表1 所示。

表1 泵房加固方案对比分析

通过对比分析并综合考虑施工安全、难度、成本及工期等因素，采用方案二。

3.5.1 注浆范围设计

根据工程地勘报告，结合设计要求及类似工程施工经验，确定隧道土体加固范围为联络通道土体开挖断面周圈外扩不小于2.0m。采用水钻开孔，开孔完成后及时进行MJS 注浆加固。图5 为泵房MJS 加固剖面。

图5 泵房MJS 加固剖面

3.5.2 注浆参数设定

MJS 加固采用压力注浆处理，钻孔孔径为42mm，间距为0.8m×0.8m，梅花形布置注浆孔，注浆孔按照单孔多角度放射状注浆，中部采用垂直注浆孔注浆，从而在泵房周围形成厚度不小于2m 的环向加固体。

（1）注浆量计算。根据浆液的扩散半径与围岩孔隙，并结合以往施工经验及工程地质水文条件、注浆压力进行注浆量的计算及浆液注入量控制。总注浆量计算公式如下：

式中：A——注浆范围体积，m3；n——孔隙率，%；α——浆液填充系数；β——注浆材料损耗系数。设计中，nα（1+β）统称为填充率，砂层取值为50%~60%。

（2）注浆压力选定。根据注浆处地层深度计算，设计注浆压力（终压值）如下：

式中：H——注浆处深度，m；K——由注浆深度确定的压力系数。

压力系数取值如表2 所示。

表2 压力系数取值

经计算，选用压力小、流量大的双液注浆设备，注浆量控制在272～326m3，注浆压力控制在0.3MPa～0.5MPa。以上计算数据只是理论计算数量，具体以反压混凝土不发生起拱为基准，注浆压力根据隧道内管片监测情况及时进行调整[4]。

4 实施效果

现场在完成上述处置方案后，泵房位置涌水涌砂风险解除，隧道内监测数据正常。MJS 注浆加固施工结束后，在泵房开挖断面的左、中、右部分别打设2 个探水孔，孔深5m，经观察探水孔处无明水流出，且取出的水泥土芯样完整性及均匀性较好，随后进行泵房开挖构筑施工，现场开挖面稳定，最终顺利完成泵房结构施工，验证了MJS 加固法方案的可行性，为以后解决此类问题奠定基础[5]。

5 结语

通过南昌地铁区间联络通道因雨水倒灌突发事件导致洞内冷冻失效、发生涌水涌砂事件后采取的一系列有效措施，为今后在应对联络通道施工时遇到突发事件提供了施工参考，总结得出以下结论。

（1）工程施工前，需建立完善有序地突发事件应急响预案，在工程出现隐患风险时，一个有序、迅速地应急反应机制，能快速控制并解决隐患突发风险。因此对于地铁区间联络通道高风险工程施工来说，配备足够的抢险物资和应急人员，并建立、健全应急反应机制是至关重要的。

（2）面对联络通道突发雨水倒灌引发的类似风险时，采取地面注浆加固结合降水井降水、混凝土反压并支顶、隧道内充填注浆等综合型加固处理的对策，可有效解除事件风险。

（3）联络通道加固形式的优化与加强展望。目前地铁隧道联络通道加固主要以冻结加固为重，形式单一。随着地下工程加固方式和手段的不断发展，探索和研究新的更有效的联络通道的加固方式显得尤为重要。目前洞内MJS 加固也逐步完善，水泥系加固避免了冻结加固后期融沉等不利影响，在联络通道加固中的拓展应用也值得研究与期待。