地鐵區(qū)間暗挖隧道坍方事件的搶險(xiǎn)處理

 

 根據(jù)場地巖土和環(huán)境條件,城市地鐵常采用暗挖法施工區(qū)間段,為了降低建設(shè)成本,縮短施工工期,區(qū)間隧道一般埋深較淺,因此,圍巖情況普遍較差,變化多,地下水豐富,隧道坍方冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)很大,發(fā)生概率也大。遇到地質(zhì)條件突變、支護(hù)措施不能滿足要求而出現(xiàn)坍方冒頂事件時(shí),如何在地表建筑物密集,交通繁忙的地段迅速處理好坍方事故,避免事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大,是設(shè)計(jì)和施工人員普遍關(guān)心的問題[1]。現(xiàn)以南京地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道施工過程中一次坍方事件的處理為例,介紹該事件的搶險(xiǎn)過程和處理方案,以供 參考 。

 

1工程概況

 

 南京地鐵二號(hào)線某段區(qū)間隧道設(shè)計(jì)采用礦山法施工,分左、右雙線,左線長756.42lm,右線長766.35m,埋深為10.657m~l6.680m,左、右線間距13.2m。地面道路兩側(cè)以商業(yè)、學(xué)校和住宅群為主,車水馬龍,交通繁忙。施工場地設(shè)于區(qū)間右線南側(cè)的道路綠化帶內(nèi),內(nèi)設(shè)施工豎井一座,與左、右線相交于K20+134處,區(qū)間隧道通過一段41.0m長的暗挖通道與豎井相連,作為施工通道。塌陷段地層自上而下為①-1雜填土、③-2b3粉質(zhì)粘土、J1-2xn-1a強(qiáng)風(fēng)化砂巖、J1-2xn-2a中風(fēng)化砂巖(圖1),其工程地質(zhì)特性如下:

 

 ①-1雜填土:雜色,松散,頂部為砼或?yàn)r青路面,下部為二灰碎石土或石塊、碎磚混粘性土,底部多見少量素填土,層厚0.60m~3.00m。

 

 ③-2b3粉質(zhì)粘土:灰黃色、褐黃色,軟塑,混高嶺土條紋及鐵錳氧化物,見少量腐植質(zhì)及貝殼,有光滑面,中等干強(qiáng)度,中等韌性。層厚3.10m~4.30m。

 

 J1-2xn-1a強(qiáng)風(fēng)化砂巖:紫紅、紫灰、雜色,原巖以泥質(zhì)粉、細(xì)砂巖為主,偶夾粉砂質(zhì)泥巖,局部為泥質(zhì)中粗砂巖,經(jīng)風(fēng)化頂部呈砂土狀或硬土狀,裂隙很發(fā)育,中下部多呈碎裂狀、餅狀,個(gè)別短柱狀,手捏易碎,遇水易軟化,巖質(zhì)很不均勻。層厚1.00m~5.40m。

 

 J1-2xn-2a中風(fēng)化砂巖:紫紅、紫灰、雜色,原巖為粉細(xì)砂巖,間夾泥質(zhì)粉砂巖,局部互層狀。裂隙較發(fā)育,裂面呈高角度,傾角多在45°~70°,部分裂隙面近直立,裂隙中多充填方解石晶體。巖芯多呈短柱狀,少呈不規(guī)則塊狀,個(gè)別長柱狀。手折能斷,錘擊較易碎。局部層理清晰,層理傾角多小于20°,層厚1.50m~14.60m。

 

2拱頂涌泥事件經(jīng)過及應(yīng)急處理

 

 2006年11月26日晚8點(diǎn)左右,在施工完成右線K20+070處超前小導(dǎo)管及注漿工藝后,對上臺(tái)階進(jìn)行爆破清渣。于22:20時(shí),修整拱邊及清渣工作已完成并通過了監(jiān)理的驗(yàn)收,正準(zhǔn)備進(jìn)入下道工序格柵鋼架安裝時(shí),其拱頂圍巖突然出現(xiàn)落石,跟隨著隧道掌子面拱頂前方涌出大量含水量豐富的淤泥質(zhì)土,不到10min的時(shí)間,隧道K20+070-K20+075段上臺(tái)階就被淹埋。出現(xiàn)此情況后,立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,調(diào)運(yùn)了袋裝水泥,在涌泥的前方(即K20+075處)筑起了水泥墻,將隧道全斷面封閉。同時(shí),為防止隧道頂部地面道路受損或影響,開始組織人員在地面進(jìn)行交通臨時(shí)疏導(dǎo),將K20+070處隧道斷面對應(yīng)于地面的道路范圍進(jìn)行臨時(shí)封閉。23:10時(shí),在水泥墻已完成的情況下,隧道拱頂又出現(xiàn)了異常變化,從原掌子面前方開始了第二次涌泥,且速度非�？�,短短三分鐘時(shí)間,就已將隧道后方約20m的地段全部淹埋。在組織人員緊急后退的同時(shí),不停拋擲袋裝水泥,同時(shí)在K20+090和K20+098位置用型鋼做骨架,支立了第二、第三道屏障,填入袋裝水泥,控制了第二次涌泥的 發(fā)展 。根據(jù)如此之大的涌泥量,推斷在隧道上方僅13m處的寧杭公路路面下很可能已出現(xiàn)了坍陷空洞。為避免出現(xiàn)更大的意外事故,緊急調(diào)入鑿巖機(jī)將對應(yīng)于隧道涌泥部位的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了破除。打開上層路面瀝青層及道路基層后,發(fā)現(xiàn)該段路面下道路路基土方已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)長8.5m,寬8.2m,深約7.5m的坍陷坑,且底部積水較多,土體極不穩(wěn)定。據(jù)此,立即調(diào)運(yùn)C25早強(qiáng)混凝土進(jìn)行回填,從27日凌晨4:00一直澆灌到上午12:00左右,險(xiǎn)情得到了暫時(shí)控制。11月27日晚8:20分,隧道內(nèi)出現(xiàn)第三次涌泥。涌泥沖垮了第二道屏障,涌至第三道的位置,同時(shí)坍陷坑也出現(xiàn)了土體下沉、坑壁周邊坍落的現(xiàn)象,坑內(nèi)深度下沉了近3.0m,范圍也擴(kuò)大了約1.5m,并導(dǎo)致坑內(nèi)南、北兩側(cè)埋深約2.5m處的Φ800mm自來水管和Φ1000mm污水管道外露,管道下方出現(xiàn)了大面積空洞。根據(jù)該情況,一方面在洞內(nèi)緊急用型鋼對第三道屏障進(jìn)行了斜撐加強(qiáng),用袋裝水泥堆碼加高屏障,增加屏障反推力,以阻擋涌泥繼續(xù)流涌的趨勢。另一方面,對地面坍陷坑進(jìn)行加固處理,周邊坑壁部位插打Φ42mm、長度4.5m、間距0.8m×1.0m的小導(dǎo)管,梅花形布置,坡面掛φ6.5@150mm×150mm雙層鋼筋網(wǎng),噴射500mm厚砼,以避免再次坍陷(圖2)。3原因 分析 與處理

 

3.1原因分析

 

 根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)詳勘報(bào)告,塌陷部位拱頂應(yīng)有約2.5m厚的中風(fēng)化砂巖和2.0m左右厚的強(qiáng)風(fēng)化砂巖,但塌陷揭示,此處二者厚度累計(jì)不足1.0m,其上就是含水量豐富的淤泥質(zhì)土,充分說明縱向巖土層變化復(fù)雜(見圖1),塌陷區(qū)地層的描述及其變化與現(xiàn)場實(shí)際的地層不相吻合。其次,施工段處于崗間與山丘的低洼地帶,施工期遇上南京百年罕見的陰雨天氣,加上周圍管線雨污水的滲漏,不但使得此段縱向巖土層中的含水量非常豐富,也使巖土層的抗剪強(qiáng)度大大降低。

 

3.2處理方案

 

3.2.1地質(zhì)補(bǔ)勘

 

 在塌陷區(qū)一定范圍內(nèi),增加5個(gè)地質(zhì)補(bǔ)勘孔,充分摸清巖土層縱橫向的分布情況及其物理力學(xué)特性,為后續(xù)加固施工及恢復(fù)生產(chǎn)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

 

3.2.2塌陷區(qū)周圍地面的注漿處理方案

 

 在坍陷坑周邊采用密排引孔、劈裂雙液注漿的方式進(jìn)行地下填充固結(jié)[2]。先在圍繞坑邊的地面上引孔置管,孔距0.8m~1.0m,孔深11.0m~13.0m。在坑外半徑10.0m的范圍內(nèi)共布置66個(gè)鉆孔,孔內(nèi)放置深度10.0m、直徑Φ42mm的小導(dǎo)管,管頭打孔做成花管,加壓注入水泥-水玻璃雙液漿,水泥漿與水玻璃體積比為1:0.5,水泥漿水灰比為1:1,水玻璃濃度為波美度35,模數(shù)2.4,注漿壓力值初壓0.5MPa~1.0MPa,終壓保證在3.0MPa以內(nèi),每孔注漿量按漿液擴(kuò)散半徑1.0m及空洞填充范圍和空隙率估算[3]:

 

Q=AπR2Hkβ(1)

 

 式中A-損耗系數(shù),取1.3;R-擴(kuò)散半徑,取0.5m;H-孔深,取11.0m;k-土體孔隙率,取30%;β-填充系數(shù),取1.2。單孔注漿量約4.0m3。

 

 以此在坍陷坑外圍形成一圈止水帷幕墻。再將鉆機(jī)吊入坑內(nèi),在坑底引孔置管注雙液漿,孔距0.8m,孔深16.0m,共布置33個(gè)孔,施工工藝與坑外相同,以填充地下陷空區(qū)(圖3)。另外,在路面坍陷坑內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行掛網(wǎng)噴射混凝土,加噴厚度300mm,將坑內(nèi)南北兩側(cè)因坍陷下沉而外露的自來水管道和污水管道包裹并加強(qiáng),防止坑內(nèi)土體下沉坍塌造成管線沉降、滲水,造成更大的事故和損失。

 

 ⑴隧道洞內(nèi)采用插打小導(dǎo)管注雙液漿,從第三道屏障開始,由東到西,逐排插打長度6.0m、直徑Φ32的小導(dǎo)管,排距0.8m,間隔1.0m,共布置149根,對涌出的淤泥土體和屏障墻水泥進(jìn)行固結(jié),以加強(qiáng)土體的自穩(wěn)性和內(nèi)摩擦角,防止其繼續(xù)滑動(dòng)。水泥漿與水玻璃體積比為1:0.5,水泥漿水灰比為1:1,水玻璃濃度為波美度35,模數(shù)2.4,注漿壓力值初壓0.5MPa~1.0MPa,終壓保證在3.0MPa以內(nèi),每孔注漿量按漿液擴(kuò)散半徑1.0m及空洞填充范圍和空隙率按公式(1)估算。其中:損耗系數(shù)A取1.3;擴(kuò)散半徑R取0.4m;孔深H取6.0m;土體孔隙率k取0.84;填充系數(shù)β取0.3;單孔注漿量為0.99m3。

 

 ⑵增設(shè)型鋼立柱支撐,在屏障后方支立五排長6.2m的I40立柱型鋼,一直到隧道拱頂,并采用雙排[14槽鋼聯(lián)成一體,形成對隧道拱部的加強(qiáng)防護(hù),防止 目前 已施工完成的隧道初支因拱部水土壓力增大而坍塌,造成連鎖反應(yīng),擴(kuò)大損失程度。

 

 ⑶隧道洞內(nèi)逐排小導(dǎo)管注漿至拱頂掌子面后,將K20+070~075段拱頂空洞處回填,并縱向打入6.0m長、間距0.5m的雙層密排小導(dǎo)管,梅花型布置。單排51根,注入水泥-水玻璃雙液漿,技術(shù)要求與上相同,以固結(jié)K20+070段掌子面涌泥部位(即地面坍陷坑下方),從底部保證土體的穩(wěn)定,防止再次坍陷涌泥,造成更大的損失。

 

3.2.4洞內(nèi)涌泥的清理和恢復(fù)方案

 

 注漿加固完成后,通過引孔檢查注漿效果和掌子面穩(wěn)定情況,在支護(hù)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行坍體土方清理。坍體開挖分上、下半斷面分部進(jìn)行,上半斷面采用弧形開挖、保留核心土的 方法 進(jìn)行,開挖時(shí)先掏兩側(cè)的土,后掏中間的核心土,開挖時(shí)嚴(yán)格控制超欠挖,經(jīng)圍巖量測,每循環(huán)進(jìn)尺為600mm~700mm�；⌒伍_挖完成后,立即進(jìn)行初期支護(hù),按500mm間距架立鋼拱架,鋼架架立完成后,立即插打砂漿錨桿和鎖腳錨桿、安裝鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土初支,并進(jìn)行第二循環(huán)的超前小導(dǎo)管及掌子面預(yù)注漿,如此循環(huán)。

 

3.2.5塌陷坑回填及道路恢復(fù)

 

 待洞內(nèi)外加固完畢后,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和洞內(nèi)情況,采用C25商品混凝土灌注進(jìn)行陷坑回填,并用壓路機(jī)、攤鋪機(jī)等設(shè)備進(jìn)行攤鋪二灰結(jié)石道路基層和瀝青混凝土路面,最后恢復(fù)道路設(shè)施,拆除圍擋。

 

4結(jié)論

 

 ⑴在地鐵施工中,必須要有應(yīng)急預(yù)案。對施工過程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情要有充分的估計(jì),并要有相應(yīng)的設(shè)備、材料和人員儲(chǔ)備。

 

 ⑵坍方處理施工中應(yīng)堅(jiān)持"穩(wěn)坍體、管超前、小進(jìn)尺、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)、少擾動(dòng)、快封閉、勤量測、速反饋"的原則,分區(qū)分段、按順序跟步驟進(jìn)行。

 

 ⑶施工項(xiàng)目部的處置及時(shí)、迅速,方法得當(dāng),有針對性。在短短的7d時(shí)間內(nèi),完成了地面坍陷坑的加固和回填工作,恢復(fù)了地面 交通 。18d后開始了洞內(nèi)正常的掘進(jìn)施工,未給工程本身質(zhì)量、安全及周邊環(huán)境造成更大的 影響 和損失。

 

 參考  文獻(xiàn) 

 

[1]夏明耀,曾進(jìn)倫.地下工程設(shè)計(jì)施工手冊[M].北京: 中國 建筑 工業(yè) 出版社,1993.

 

[2]崔玖江.隧道與地下工程修建技術(shù)[M].北京: 科學(xué) 出版社,2005.

 

[3]GB50299-1999地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].