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浅埋暗挖隧道穿越污水方涵涌水事故分析及处理

　　[摘 要] 本文通过北京地铁复—八线“热—八’区间浅埋暗挖隧道穿越污水方涵时产生涌水，淹没整个已完隧道工程的工程事故分析及处理情况介绍，使建设者从中得到一些教育。
[关键词] 暗挖隧道 涌水事故 处理
0 引 言
北京地铁复—八线区间隧道均采用深井降水，浅埋暗挖法施工。对于地层中的潜水和承压水经过降水都比较理想，基本实现无水施工。但是上层滞水，特别是城市管线的渗漏水给工程带来不少威胁。综合复—八线一些坍方事故，引起的主要原因多是管线渗漏水造成。
本文通过复—八线“热-八’区间隧道穿越北京第一热电厂泄洪方涵处漏水引起坍方的事例，从中总结经验，吸取教训。
1工程概况
北京地铁复—八线“热—八”区间暗挖隧道采用新奥法施工，分南线和北线。在北线设一座施工竖井，竖井中心里程为B265+19．2。竖井向东3m有热电厂泄洪方涵，横断面为两孔净空2mx2m的钢筋混凝土方沟，方涵壁厚200mm，底板外皮距地铁隧道拱顶初期支护外皮仅1．39m。
竖井占京通快速路北辅路南半幅，竖井北侧有*600上水和*500燃气管线，竖井南侧紧邻京通快速路。如图1。地铁隧道从竖井向东西两侧开挖。

为了保护方涵，保证施工安全，设计采取在竖井内沿隧道马头门施打φ108钢管管棚支护。钢管长10～18m，间距300mm。如图2。

图2 马头门施打φ108钢管之棚支护
管棚穿过地层为亚粘土。地下水有滞水和潜水。为保证隧道开挖无水作业，在隧道北侧方涵两侧打深井降水，井间距6m。
2 事故现象
管棚钻进时采取由中部拱顶向两侧依次交错进行。在施作北侧拱脚最后—根管棚时，突然有水由钢管涌水流入竖井，当堵住流水钢管时，污水便从其他钢管流出，水越流越大，并由竖井流人另一侧已完隧道。当第一根管水流出来，采取堵管方法堵水。但又引起相邻干管流水，随着水流带着泥沙造成各管联通，最后各管几乎都有水流出。由于方涵水流量为13立方米／s，水从拱部流出，落到隧道底8m高。在洞口底部时间不长就发现有污泥上返。为保住竖井及洞口，确保竖井两侧惜线、道路安全，立即采取了封井措施。当竖井内水位高于方涵水位1m左占，水位达到平衡，竖井洞口完好。但此时已经建成的100多m隧道全部注满了水。竖井东侧土体被流水冲刷带走，引起拱部土体坍方，压断管棚。引起地层沉陷，地表出现孔洞。

　　3 事故发生原因
在工程施工前进行了管线调查，此方涵为1958年建设，已超过设计使用寿命，“一热”也已考虑新建管线来代替。在不久前修建京通快速路施作路基时，已发现该管线有水渗出，采取大板凳型式跨过。为此，地铁施工曾考虑此管线下方土体可能会被液化。开挖时会使管线产生过大变形，甚至引起管线裂缝影响管线使用。就此曾找有关单位协商，建议暂时截流但未同意。设计才采取大管棚加注浆方案。
在施工开始，先在方涵两侧，施工做深井降水，井距6m，也未发现有水流出。从洞顶施作第一根管棚时也未发现有异常，只在施工北侧拱脚处最后一根管棚时突然有水涌出。
事故发生后，经有关方面协调，对方涵采取上游截流，疏干方涵内积水。经检查方涵，发现整个方涵，不只是坍方处，在坍方以外范围的方涵都有多处裂缝。方涵混凝土强度也很低，约为C15。不少地方混凝土保护层脱落，钢筋外露且锈蚀严重。经过凿除裂缝处混凝土底板检查发现，裂缝附近板下土体均液化。但因亚粘土地层渗透系数较小，土层较厚，渗漏水未向周围扩散，只在较松散地方形成水泡存在。降水井间距虽然只有6m都未发现异常，打管棚时前面管棚也未发现异常，刚好最后一根拱脚处管棚碰到水泡引起涌水。
上述情况，说明此次事故，肓突发性和不可预见性。
从施工方法也有值得吸收的教训。
(1)从施工调查已经知道这是一个1958年的钢筋混凝土结构，并已超过设计使用寿命。对这样管线还应坚持采取截流处理方案。实际上事故发生后采用截流，“一热”循环水从另一河道中排出未影响工厂生产。
(2)施工管棚时，采用水冷却，这无疑加大土体液化。另外当时也发现有少量水从管棚中流出一直以为是冷却水流出，未引起警惕。如果采用干成孔作业，问题可能会被提早发现。
(3)管棚施工时没有做到随打管棚随时注浆。只等全部管棚施工完后一次注浆，这是造成管涌水迅速波及其他管棚的重要原因。
4 事故处理方法
由于事故发生过程中，采取及时填井措施，竖井和洞口未发生坍塌和变形，井架完好，京通快速路及京通快速路北辅路均正常通行。为防止重车通行进一步引起坍方，在辅路上加铺了临时钢板。
方涵采取了截水导流，并随着地铁隧道施工修补了方涵，保证通水。方涵内无水后经勘察，方涵周围均被流水冲刷成空洞，管棚被水冲击变形，失去支护作用，要施工此段隧道，必须采取切实可行的措施对方涵进行加固。由于在汛期到来前方涵必须修复好提闸放水，因此要在保证管线和施工安全稳妥的前提下，抓进度，保质量，在汛期到来之前方涵提闸前完成该段隧道的施工。
5．1 施工方法
由于大管棚已失去对方涵的支护作用，经研究采用超前小导管注浆加固方涵底部土体，先施工隧道拱部初期支护，加设临时仰拱增加稳定性和减少沉降，待背后注浆填充方涵底部后再施工侧墙和仰拱。为增加结构稳定，提高防水质量，保证方涵通水后的结构安全，提前施作该段二次衬砌。
在隧道施丁的同时，进行方涵的修复工作。
5．2 施工安排
竖井内抽水--清理竖井内回填判—一打超前小导管注浆加固土层—一施作隧道拱部初期支护(加临时仰拱)--拱部初支穿过方涵后拱部注浆加固方涵——侧墙和仰拱施工—一施作防水和二次衬砌。
5．3 空洞处理
5．3．1拱顶出现空洞
经勘探方涵下有1m左右探空洞，开挖土方时为防止空洞扩展，先将两侧拱脚土体注浆加固，并
迅速支立拱部格栅，在格栅外侧设置铁丝网或背板喷射混凝土封闭拱顶，喷射混凝土前在空洞处预设
背后注浆管，长1．5m，注浆管深至方涵底板下。
5．3．2 侧翼出现空洞
方涵内最大裂缝在隧道上方偏北，涌水冲刷导致隧道侧翼存在空洞，施工时在拱脚及以上1m范围内采用同级混凝土回填密实，其余部分根据空隙大小，分别选用同级混凝土或贫混凝土回填，然后再支立格栅，在拱脚埋设注浆管，喷射混凝土封闭。
5．4背后注浆
隧道迅速施工通过方涵后要立即对其底部进行填充注浆，注浆时在方涵内设专人观察，发现从方涵裂缝向方涵内溢浆时停止注浆。注浆材料为水泥砂浆并加入10％粉谋灰。
5．5 沉降控制措施
施工中尽量减少对周围土体扰动；
(2)加强对拱脚的处理，必要时安设拱脚锚杆；
(3)及时施作仰拱，快速封闭成环；
(4)加强地表下沉、拱顶沉降的量侧及反馈以指导施工；
(5)及时背后注浆，土质差时采取洞内环形固结注浆。
6 施工体会
城市建设地铁采用浅埋暗挖法施工，必然会穿越地下管线，而管线的渗漏水足难以避免的。北京地铁复—八线几次大的坍方引发的直接原因均是由于这种水造成的。尤其想北京这类老城市随着发展，有些河流被暗埋，有些管线被改移废弃，管线未进行填实处理。还有的管线建设比较早，甚至还有一些清代的排水沟等，这些都要引起我们高度的重视，事先调查清楚，采取相应处理措施，并做好预处理。