盾構隧道事故搶險救災技術分析
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摘要：近年來，我國地鐵網絡發展迅速，但因地質狀況復雜，建造難度較大，導致地鐵隧道施工事故增多。文章總結了一套針對盾構隧道涌水涌沙事故的以原因分析、方案制定、監測控制、后續加固為主的搶險手段，并且分析了太原某地鐵涌水涌沙事故處理案例。結果表明，文章形成的應急搶險方案可順利處理盾構隧道涌水涌沙事故，減少施工事故造成的經濟損失及社會影響。
關鍵詞：盾構隧道；涌水涌沙事故；事故搶險技術；監測控制指標
隨著人口的增多、交通出行壓力的增大，地鐵以其高速度、少占地及高準點率等性能，在當今中國發展迅速[1]。截至目前，中國已有33個城市申報城市軌道交通建設，共有28個城市獲批城市軌道交通建設資質。中國自2020年之前，城市交通投資已超過1個億，其中大部分為城市地鐵建設投資[2]。城市地鐵建設規模大、建設投資多，一旦發生施工事故將造成極大的經濟損失。然而，隨著地鐵建造深度增大，地質狀況越加復雜，地鐵施工事故頻次增多，其中以滲漏水引起的施工事故為主[3]。因此，針對地鐵隧道施工事故的應急搶險技術研究變得極為重要，部分學者進行了相應的研究。鄧繼杰等[4]根據南京地鐵2號線塌方事故，分析了礦山法隧道塌方事故的應急搶險方案。張存[5]根據某地鐵盾構隧道坍塌事故，分析了破損范圍探測方法、破損修復段接頭處理技術。雷大鵬[6]借助寶成線109號隧道，分析了該隧道地震受損情況、搶險方法及加固方案。文章以太原某地鐵隧道事故為例，分析了盾構隧道涌水涌沙事故應急搶險技術及監測控制方法。
1應急搶險手段
隧道涌水涌沙事故出現后，應第一時間啟動應急預案，針對涌水涌沙事故原因及所處環境狀況進行搶險救災，減少涌水涌沙事故所造成的經濟損失及環境影響。文章研究僅針對盾構隧道涌水涌沙事故發生后的應急搶險技術及控制措施，事故上報等管理措施在文中未被體現。隧道涌水涌沙事故應急搶險步驟：（1）涌水涌沙事故出現后，技術人員需根據事故點周圍地質狀況進行分析，對涌水量、水壓及涌水涌沙量進行判斷及預估，對水泵需求量進行計算（計算抽水量約為涌水預估量的1.2倍），并安排專人對水泵運行狀態負責。在排水的同時，使用沙袋等儲備物資對涌水點進行填埋并在洞口附近設置防水墻。（2）組織專家及相關技術人員進行現場調研，查明現場的地質狀況、水文狀況、涌水的位置及過程、采取的措施及效果，為事故原因分析提供現場的寫實資料。（3）根據現場的調研資料，由專業人員召開技術會議，分析需要采取的搶險救災手段，如打開盾尾鉸接緊急密封、封堵、注漿等。（4）由施工人員根據專家推薦的應急處理措施對涌水涌沙事故進行緊急處理，并根據處理過程中事故的發展狀態對處理措施進行調整。（5）如果隧道上覆地面坍塌，施工人員需采用C15混凝土或碎石土進行填埋、夯實，直至地表平坦。若隧道上覆巖土涌水涌沙因出現空洞，則需對空洞處進行注漿加固，注漿量需超過涌沙量。（6）加強對隧道本體及周圍環境的監測（隧道拱頂沉降、洞徑收斂、周邊建筑物沉降位移、地下管線沉降位移、上覆土體空洞），當涌水涌沙基本消失，監測數據基本穩定，對周邊環境造成的不良影響基本消除，應急搶險即告結束。
2太原某隧道事故案例
太原某地鐵隧道在車站端頭右線隧道洞門處出現了涌水涌沙險情，且涌水涌沙量較大。隨著險情的發生，盾構隧道管片出現了整體變形、裂縫發育、錯臺接縫增大等病害，錯臺最大量達到了35mm，如圖1所示。在險情發生，對險情進行簡要處理后，立即組織專家根據當地水文地質狀況及隧道建造形式進行了調研。結果表明：事故區間隧道主要穿越的地層為2-3-1黏質粉土、2-3-2砂質粉土、2-4粉細砂，如圖2所示。且該區間地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，孔隙潛水含水層為第四系全新統人工填土、沖積粉土與砂、礫石層，水位埋深1.8～3.0m，高程為784.10～785.95m，主要靠大氣降水及側向徑流和城市供水、排水滲漏補給，排泄方式以蒸發、人工抽取地下水及側向徑流排泄為主。根據上述水文地質現狀，專家分析事故發生區段地質復雜，隧道下臥深厚富水中砂層，地下水具有承壓性，盾構機接收時發生涌水涌沙的風險較高。事故段隧道頂部埋深約14.1m，地層由上而下分別為素填土、粉質黏土、粉細砂、黏質粉土以及中砂，其中黏質粉土屬于液化土，隧道穿越粉細砂與中砂層，總體上工程地質條件很差，屬于高靈敏富水軟弱地層。因此，引發涌水涌沙突發事件，導致隧道下臥土體掏空，襯砌環不均勻沉降和結構破損。根據事故原因及專家建議，采取“涌水點反壓+地面引孔注漿+隧道內徑向注漿”堵漏等措施。在事故區間第622環及洞口處用沙袋壘筑2道擋水壩，現場投入4臺11.5kW污水泵及時抽排積水，防止區間及車站積水淹泡。后采用袋裝水泥堆碼2道間距3m擋墻，用棉被、棉紗及編織草簾塞堵，并澆筑混凝土及利用袋裝水泥反壓，現場實際澆筑混凝土93.5m3，總計224.4t。同時，采用地面引孔注漿及隧道內徑向注漿，初期地面和洞內注漿共計1063.42m3。通過搶險期內的多種措施，隧道結構基本穩定，但為加強事故周邊土體，需繼續進行注漿加固，共計注漿量101.5m3，主要為洞內注漿。在事故過程中，監測數據對搶險救災提供了重要的指導作用。通過地表沉降確定隧道涌水涌沙事故造成的上覆地層的巖土損失，在其指導下可通過土體注漿進行空洞的補充；通過周邊建筑物的位移及裂縫監測，可以確定涌水涌沙事故對周邊建筑物的不良影響，在其指導下應及時采取加固措施減少事故造成的社會不良影響；通過隧道本體線性、沉降及錯臺等監測數據，可以確定隧道在承受事故后的健康狀況，可針對性地采取修復措施使得事故隧道滿足運營結構強度要求，減少事故引起的經濟損失。監測曲線圖如圖3所示，包括地表沉降監測、周邊建筑物沉降監測、拱底高程沉降監測。從圖3可以看出，在后續注漿過程中，地表趨于穩定，建筑物沉降稍微有所減少，管片抬升數據穩定。太原該事故隧道涌水涌沙基本消失、監測數據基本穩定、對周邊環境的不良影響基本消失，事故搶險過程結束。
3結論與認識
文章形成了盾構隧道涌水涌沙事故后應急搶險技術及流程，并分析了一起隧道涌水涌沙事故應急的典型案例。得到的主要結論及認識如下：（1）盾構隧道涌水涌沙事故后需要進行搶險救災，遏制事故的繼續劣化，減少事故的不良影響，主要包括事故狀態調研、事故原因分析、搶險方案制定、周邊土體加固、全過程持續的隧道及環境監測。（2）在太原某地鐵隧道涌水涌沙事故中，借鑒了上述應急搶險處理技術及流程，成功解決了該隧道涌水涌沙事故，證明該應急搶險技術的工程應用性，為其余地區隧道涌水涌沙事故提供了借鑒方案。
參考文獻：
[1]謝磊.地鐵客運車站成本管理研究[J].工程技術研究,2019,4(1):161-162.
[2]朱建峰.我國智慧地鐵發展現狀與展望[J].佛山科學技術學院學報(自然科學版),2019(4):6-9.
[3]趙云非.城市地鐵深基坑施工滲漏水事故預防討論[A].《隧道建設》編輯部.2012年中鐵隧道集團低碳環保優質工程修建技術專題交流會論文集[C].《隧道建設》編輯部.2012:406-409.
[4]鄧繼杰,張志鋮.地鐵區間暗挖隧道坍方事件的搶險處理[J].江蘇建筑,2007(3):54-56.
[5]張存.塌陷盾構隧道搶險修復[J].現代城市軌道交通,2009(3):85-87.
[6]雷大鵬.寶成線109號隧道搶險加固[A].中國鐵道學會工務委員會.高速重載與普通鐵路橋隧運營管理與檢測修理技術論文集(上冊)[C].中國鐵道學會工務委員會.2010:190-198.
作者：田茂海 單位：太原市軌道交通發展有限公司