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(guò)北京地鐵復(fù)—八線“熱—八’區(qū)間淺埋暗挖隧道穿越污水方涵時(shí)產(chǎn)生涌水，淹沒(méi)整個(gè)已完隧道工程的工程事故分析及處理情況介紹，使建設(shè)者從中得到一些教育。
[關(guān)鍵詞] 暗挖隧道 涌水事故 處理
0 引 言
北京地鐵復(fù)—八線區(qū)間隧道均采用深井降水，淺埋暗挖法施工。對(duì)于地層中的潛水和承壓水經(jīng)過(guò)降水都比較理想，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)不少威脅。綜合復(fù)—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(guò)復(fù)—八線“熱-八’區(qū)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(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。
1工程概況
北京地鐵復(fù)—八線“熱—八”區(qū)間暗挖隧道采用新奧法施工，分南線和北線。在北線設(shè)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(hù)外皮僅1．39m。
豎井占京通快速路北輔路南半幅，豎井北側(cè)有*600上水和*500燃?xì)夤芫€，豎井南側(cè)緊鄰京通快速路。如圖1。地鐵隧道從豎井向東西兩側(cè)開(kāi)挖。
為了保護(hù)方涵，保證施工安全，設(shè)計(jì)采取在豎井內(nèi)沿隧道馬頭門施打φ108鋼管管棚支護(hù)。鋼管長(zhǎng)10～18m，間距300mm。如圖2。
圖2 馬頭門施打φ108鋼管之棚支護(hù)
管棚穿過(guò)地層為亞粘土。地下水有滯水和潛水。為保證隧道開(kāi)挖無(wú)水作業(yè)，在隧道北側(cè)方涵兩側(cè)打深井降水，井間距6m。
2 事故現(xiàn)象
管棚鉆進(jìn)時(shí)采取由中部拱頂向兩側(cè)依次交錯(cuò)進(jìn)行。在施作北側(cè)拱腳最后—根管棚時(shí)，突然有水由鋼管涌水流入豎井，當(dāng)堵住流水鋼管時(shí)，污水便從其他鋼管流出，水越流越大，并由豎井流人另一側(cè)已完隧道。當(dāng)?shù)谝桓芩鞒鰜?lái)，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(lián)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(shí)間不長(zhǎng)就發(fā)現(xiàn)有污泥上返。為保住豎井及洞口，確保豎井兩側(cè)惜線、道路安全，立即采取了封井措施。當(dāng)豎井內(nèi)水位高于方涵水位1m左占，水位達(dá)到平衡，豎井洞口完好。但此時(shí)已經(jīng)建成的100多m隧道全部注滿了水。豎井東側(cè)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(xiàn)孔洞。
3 事故發(fā)生原因
在工程施工前進(jìn)行了管線調(diào)查，此方涵為1958年建設(shè)，已超過(guò)設(shè)計(jì)使用壽命，“一熱”也已考慮新建管線來(lái)代替。在不久前修建京通快速路施作路基時(shí)，已發(fā)現(xiàn)該管線有水滲出，采取大板凳型式跨過(guò)。為此，地鐵施工曾考慮此管線下方土體可能會(huì)被液化。開(kāi)挖時(shí)會(huì)使管線產(chǎn)生過(guò)大變形，甚至引起管線裂縫影響管線使用。就此曾找有關(guān)單位協(xié)商，建議暫時(shí)截流但未同意。設(shè)計(jì)才采取大管棚加注漿方案。
在施工開(kāi)始，先在方涵兩側(cè)，施工做深井降水，井距6m，也未發(fā)現(xiàn)有水流出。從洞頂施作第一根管棚時(shí)也未發(fā)現(xiàn)有異常，只在施工北側(cè)拱腳處最后一根管棚時(shí)突然有水涌出。
事故發(fā)生后，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)調(diào)，對(duì)方涵采取上游截流，疏干方涵內(nèi)積水。經(jīng)檢查方涵，發(fā)現(xiàn)整個(gè)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(qiáng)度也很低，約為C15。不少地方混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋外露且銹蝕嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)鑿除裂縫處混凝土底板檢查發(fā)現(xiàn)，裂縫附近板下土體均液化。但因亞粘土地層滲透系數(shù)較小，土層較厚，滲漏水未向周圍擴(kuò)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(fā)現(xiàn)異常，打管棚時(shí)前面管棚也未發(fā)現(xiàn)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(shuō)明此次事故，肓突發(fā)性和不可預(yù)見(jiàn)性。
從施工方法也有值得吸收的教訓(xùn)。
(1)從施工調(diào)查已經(jīng)知道這是一個(gè)1958年的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并已超過(guò)設(shè)計(jì)使用壽命。對(duì)這樣管線還應(yīng)堅(jiān)持采取截流處理方案。實(shí)際上事故發(fā)生后采用截流，“一熱”循環(huán)水從另一河道中排出未影響工廠生產(chǎn)。
(2)施工管棚時(shí)，采用水冷卻，這無(wú)疑加大土體液化。另外當(dāng)時(shí)也發(fā)現(xiàn)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(yè)，問(wèn)題可能會(huì)被提早發(fā)現(xiàn)。
(3)管棚施工時(shí)沒(méi)有做到隨打管棚隨時(shí)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(fā)生過(guò)程中，采取及時(shí)填井措施，豎井和洞口未發(fā)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(jìn)一步引起坍方，在輔路上加鋪了臨時(shí)鋼板。
方涵采取了截水導(dǎo)流，并隨著地鐵隧道施工修補(bǔ)了方涵，保證通水。方涵內(nèi)無(wú)水后經(jīng)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(hù)作用，要施工此段隧道，必須采取切實(shí)可行的措施對(duì)方涵進(jìn)行加固。由于在汛期到來(lái)前方涵必須修復(fù)好提閘放水，因此要在保證管線和施工安全穩(wěn)妥的前提下，抓進(jìn)度，保質(zhì)量，在汛期到來(lái)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(duì)方涵的支護(hù)作用，經(jīng)研究采用超前小導(dǎo)管注漿加固方涵底部土體，先施工隧道拱部初期支護(hù)，加設(shè)臨時(shí)仰拱增加穩(wěn)定性和減少沉降，待背后注漿填充方涵底部后再施工側(cè)墻和仰拱。為增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高防水質(zhì)量，保證方涵通水后的結(jié)構(gòu)安全，提前施作該段二次襯砌。
在隧道施丁的同時(shí)，進(jìn)行方涵的修復(fù)工作。
5．2 施工安排
豎井內(nèi)抽水--清理豎井內(nèi)回填判—一打超前小導(dǎo)管注漿加固土層—一施作隧道拱部初期支護(hù)(加臨時(shí)仰拱)--拱部初支穿過(guò)方涵后拱部注漿加固方涵——側(cè)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(xiàn)空洞
經(jīng)勘探方涵下有1m左右探空洞，開(kāi)挖土方時(shí)為防止空洞擴(kuò)展，先將兩側(cè)拱腳土體注漿加固，并
迅速支立拱部格柵，在格柵外側(cè)設(shè)置鐵絲網(wǎng)或背板噴射混凝土封閉拱頂，噴射混凝土前在空洞處預(yù)設(shè)
背后注漿管，長(zhǎng)1．5m，注漿管深至方涵底板下。
5．3．2 側(cè)翼出現(xiàn)空洞
方涵內(nèi)最大裂縫在隧道上方偏北，涌水沖刷導(dǎo)致隧道側(cè)翼存在空洞，施工時(shí)在拱腳及以上1m范圍內(nèi)采用同級(jí)混凝土回填密實(shí)，其余部分根據(jù)空隙大小，分別選用同級(jí)混凝土或貧混凝土回填，然后再支立格柵，在拱腳埋設(shè)注漿管，噴射混凝土封閉。
5．4背后注漿
隧道迅速施工通過(guò)方涵后要立即對(duì)其底部進(jìn)行填充注漿，注漿時(shí)在方涵內(nèi)設(shè)專人觀察，發(fā)現(xiàn)從方涵裂縫向方涵內(nèi)溢漿時(shí)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(duì)周圍土體擾動(dòng)；
(2)加強(qiáng)對(duì)拱腳的處理，必要時(shí)安設(shè)拱腳錨桿；
(3)及時(shí)施作仰拱，快速封閉成環(huán)；
(4)加強(qiáng)地表下沉、拱頂沉降的量側(cè)及反饋以指導(dǎo)施工；
(5)及時(shí)背后注漿，土質(zhì)差時(shí)采取洞內(nèi)環(huán)形固結(jié)注漿。
6 施工體會(huì)
城市建設(shè)地鐵采用淺埋暗挖法施工，必然會(huì)穿越地下管線，而管線的滲漏水足難以避免的。北京地鐵復(fù)—八線幾次大的坍方引發(fā)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(fā)展，有些河流被暗埋，有些管線被改移廢棄，管線未進(jìn)行填實(shí)處理。還有的管線建設(shè)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(diào)查清楚，采取相應(yīng)處理措施，并做好預(yù)處理。
