淺埋暗挖隧道穿越污水方涵涌水事故分析及處理

[摘 要] 本文通過北京地鐵復—八線“熱—八’區間淺埋暗挖隧道穿越污水方涵時產生涌水，淹沒整個已完隧道工程的工程事故分析及處理情況介紹，使建設者從中得到一些教育。
[關鍵詞] 暗挖隧道 涌水事故 處理
0 引 言
北京地鐵復—八線區間隧道均采用深井降水，淺埋暗挖法施工。對于地層中的潛水和承壓水經過降水都比較理想，基本實現無水施工。但是上層滯水，特別是城市管線的滲漏水給工程帶來不少威脅。綜合復—八線一些坍方事故，引起的主要原因多是管線滲漏水造成。
本文通過復—八線“熱-八’區間隧道穿越北京第一熱電廠泄洪方涵處漏水引起坍方的事例，從中總結經驗，吸取教訓。
1工程概況
北京地鐵復—八線“熱—八”區間暗挖隧道采用新奧法施工，分南線和北線。在北線設一座施工豎井，豎井中心里程為B265+19．2。豎井向東3m有熱電廠泄洪方涵，橫斷面為兩孔凈空2mx2m的鋼筋混凝土方溝，方涵壁厚200mm，底板外皮距地鐵隧道拱頂初期支護外皮僅1．39m。
豎井占京通快速路北輔路南半幅，豎井北側有*600上水和*500燃氣管線，豎井南側緊鄰京通快速路。如圖1。地鐵隧道從豎井向東西兩側開挖。

為了保護方涵，保證施工安全，設計采取在豎井內沿隧道馬頭門施打φ108鋼管管棚支護。鋼管長10～18m，間距300mm。如圖2。

圖2 馬頭門施打φ108鋼管之棚支護
管棚穿過地層為亞粘土。地下水有滯水和潛水。為保證隧道開挖無水作業，在隧道北側方涵兩側打深井降水，井間距6m。
2 事故現象
管棚鉆進時采取由中部拱頂向兩側依次交錯進行。在施作北側拱腳最后—根管棚時，突然有水由鋼管涌水流入豎井，當堵住流水鋼管時，污水便從其他鋼管流出，水越流越大，并由豎井流人另一側已完隧道。當第一根管水流出來，采取堵管方法堵水。但又引起相鄰干管流水，隨著水流帶著泥沙造成各管聯通，最后各管幾乎都有水流出。由于方涵水流量為13立方米／s，水從拱部流出，落到隧道底8m高。在洞口底部時間不長就發現有污泥上返。為保住豎井及洞口，確保豎井兩側惜線、道路安全，立即采取了封井措施。當豎井內水位高于方涵水位1m左占，水位達到平衡，豎井洞口完好。但此時已經建成的100多m隧道全部注滿了水。豎井東側土體被流水沖刷帶走，引起拱部土體坍方，壓斷管棚。引起地層沉陷，地表出現孔洞。
3 事故發生原因
在工程施工前進行了管線調查，此方涵為1958年建設，已超過設計使用壽命，“一熱”也已考慮新建管線來代替。在不久前修建京通快速路施作路基時，已發現該管線有水滲出，采取大板凳型式跨過。為此，地鐵施工曾考慮此管線下方土體可能會被液化。開挖時會使管線產生過大變形，甚至引起管線裂縫影響管線使用。就此曾找有關單位協商，建議暫時截流但未同意。設計才采取大管棚加注漿方案。
在施工開始，先在方涵兩側，施工做深井降水，井距6m，也未發現有水流出。從洞頂施作第一根管棚時也未發現有異常，只在施工北側拱腳處最后一根管棚時突然有水涌出。
事故發生后，經有關方面協調，對方涵采取上游截流，疏干方涵內積水。經檢查方涵，發現整個方涵，不只是坍方處，在坍方以外范圍的方涵都有多處裂縫。方涵混凝土強度也很低，約為C15。不少地方混凝土保護層脫落，鋼筋外露且銹蝕嚴重。經過鑿除裂縫處混凝土底板檢查發現，裂縫附近板下土體均液化。但因亞粘土地層滲透系數較小，土層較厚，滲漏水未向周圍擴散，只在較松散地方形成水泡存在。降水井間距雖然只有6m都未發現異常，打管棚時前面管棚也未發現異常，剛好最后一根拱腳處管棚碰到水泡引起涌水。
上述情況，說明此次事故，肓突發性和不可預見性。
從施工方法也有值得吸收的教訓。
(1)從施工調查已經知道這是一個1958年的鋼筋混凝土結構，并已超過設計使用壽命。對這樣管線還應堅持采取截流處理方案。實際上事故發生后采用截流，“一熱”循環水從另一河道中排出未影響工廠生產。
(2)施工管棚時，采用水冷卻，這無疑加大土體液化。另外當時也發現有少量水從管棚中流出一直以為是冷卻水流出，未引起警惕。如果采用干成孔作業，問題可能會被提早發現。
(3)管棚施工時沒有做到隨打管棚隨時注漿。只等全部管棚施工完后一次注漿，這是造成管涌水迅速波及其他管棚的重要原因。
4 事故處理方法
由于事故發生過程中，采取及時填井措施，豎井和洞口未發生坍塌和變形，井架完好，京通快速路及京通快速路北輔路均正常通行。為防止重車通行進一步引起坍方，在輔路上加鋪了臨時鋼板。
方涵采取了截水導流，并隨著地鐵隧道施工修補了方涵，保證通水。方涵內無水后經勘察，方涵周圍均被流水沖刷成空洞，管棚被水沖擊變形，失去支護作用，要施工此段隧道，必須采取切實可行的措施對方涵進行加固。由于在汛期到來前方涵必須修復好提閘放水，因此要在保證管線和施工安全穩妥的前提下，抓進度，保質量，在汛期到來之前方涵提閘前完成該段隧道的施工。
5．1 施工方法
由于大管棚已失去對方涵的支護作用，經研究采用超前小導管注漿加固方涵底部土體，先施工隧道拱部初期支護，加設臨時仰拱增加穩定性和減少沉降，待背后注漿填充方涵底部后再施工側墻和仰拱。為增加結構穩定，提高防水質量，保證方涵通水后的結構安全，提前施作該段二次襯砌。
在隧道施丁的同時，進行方涵的修復工作。
5．2 施工安排
豎井內抽水--清理豎井內回填判—一打超前小導管注漿加固土層—一施作隧道拱部初期支護(加臨時仰拱)--拱部初支穿過方涵后拱部注漿加固方涵——側墻和仰拱施工—一施作防水和二次襯砌。
5．3 空洞處理
5．3．1拱頂出現空洞
經勘探方涵下有1m左右探空洞，開挖土方時為防止空洞擴展，先將兩側拱腳土體注漿加固，并
迅速支立拱部格柵，在格柵外側設置鐵絲網或背板噴射混凝土封閉拱頂，噴射混凝土前在空洞處預設
背后注漿管，長1．5m，注漿管深至方涵底板下。
5．3．2 側翼出現空洞
方涵內最大裂縫在隧道上方偏北，涌水沖刷導致隧道側翼存在空洞，施工時在拱腳及以上1m范圍內采用同級混凝土回填密實，其余部分根據空隙大小，分別選用同級混凝土或貧混凝土回填，然后再支立格柵，在拱腳埋設注漿管，噴射混凝土封閉。
5．4背后注漿
隧道迅速施工通過方涵后要立即對其底部進行填充注漿，注漿時在方涵內設專人觀察，發現從方涵裂縫向方涵內溢漿時停止注漿。注漿材料為水泥砂漿并加入10％粉謀灰。
5．5 沉降控制措施
施工中盡量減少對周圍土體擾動；
(2)加強對拱腳的處理，必要時安設拱腳錨桿；
(3)及時施作仰拱，快速封閉成環；
(4)加強地表下沉、拱頂沉降的量側及反饋以指導施工；
(5)及時背后注漿，土質差時采取洞內環形固結注漿。
6 施工體會
城市建設地鐵采用淺埋暗挖法施工，必然會穿越地下管線，而管線的滲漏水足難以避免的。北京地鐵復—八線幾次大的坍方引發的直接原因均是由于這種水造成的。尤其想北京這類老城市隨著發展，有些河流被暗埋，有些管線被改移廢棄，管線未進行填實處理。還有的管線建設比較早，甚至還有一些清代的排水溝等，這些都要引起我們高度的重視，事先調查清楚，采取相應處理措施，并做好預處理。