地铁联络通道涌水涌砂治理技术研究

王彦臻

(西安市轨道交通集团有限公司 陕西西安 710018）

1 工程概况

联络通道顶覆土约22.3 m，底板埋深27 m，废水泵房底埋深29.8 m。联络通道长17.3 m，宽5.7 m，采用台阶法施工。项目提前两个月完成联络通道范围内旋喷桩地层加固，并进行取芯检测，结果满足设计要求，进洞开挖时采用超前小导管预支护，钢格栅+网喷混凝土联合支护。联络通道地层从上至下分别为素填土、黄土状土、粉质黏土、局部夹含中砂层。施工中实际探明地质情况为第一层砂厚约0.5 m，埋深约28～28.5 m，位于联络通道底板下1～1.5 m；第二层砂厚约2 m，埋深约30～32 m，位于泵房底板下0.2～2.2 m。

2 涌水涌砂分析

2.1 涌水涌砂情况

该区间联络通道于2019年4月23日，开始从左线隧道开挖初支；于2019年5月11日完成全部上台阶初支施工；2019年5月15日早上5点，在开挖距右线仅约2 m的下台阶土方时，突发涌水涌砂险情，事故发生后，立即启动应急响应机制。联络通道开挖情况以及涌水涌砂位置见图1。

2.2 原因分析

图1 联络通道涌水涌砂位置（单位：mm）

(1）突涌稳定性验算。

依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012）的规定，承压水作用下的坑底突涌稳定性计算公式为:，突涌稳定性计算简图见图2。

图2 突涌稳定性计算简图

抗突涌稳定性安全系数Kh的取值为1.1。验算突涌稳定性时，不考虑黏性土的内聚力的抗力作用。式中，D为基坑底至承压含水层顶板的距离(m）；γ为D范围内土的平均天然重度，取19.4 kN/m3；Hw为承压水水头高度，取10 m；γw为水的重度，取10 kN/m3。

根据公式计算可得，D≥6.2 m，即基坑底至承压含水层在大于等于6.2 m时，为安全状态。但该地层实际透水砂层距联络通道开挖底板只有0.5 m，易发生涌水现象。

(2）旋喷桩加固施工中因垂直度控制偏差或者设备操作不当，可能造成了旋喷桩咬合部位的施工质量存在薄弱部位，给涌水涌砂留有了通道。

(3）降水井供电设备突发故障，导致降水井降水功能短时失效，地下水位快速升高，水压突然变大，将联络通道底下土层击穿，造成涌水涌砂。

(4）联络通道地层变化复杂，实际地层中砂层的深度、厚度变化频繁，与地勘报告有所不同，砂层良好的渗透性相比粉质黏土，为地下水提供了更好的压力与流量传导条件，加之砂层随水流失，水流通道进一步畅通，而且该处砂层面积广，储水量大，给涌水处置带来更大困难。

2.3 险情处理难点

(1）涌水量增大，左线隧道积水较深，人员物资无法到达涌水位置，右线联络通道洞门未打开，险情控制难度大。

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(2）隧道内空间狭小，材料运距远，封堵涌水点作业持续时间难以保证。

3 涌水涌砂处理技术措施

针对地下涌水的处理，主要围绕“导、截、排、堵、注”等技术措施展开。

3.1 初支加固，涌水点反压

险情发生后因左线隧道积水较深，不具备作业条件，于是在联络通道右线洞门上台阶管片位置采用水钻取孔开设了1 m×1 m的孔洞，通过孔洞及时采用水泥袋与棉絮对联络通道涌水点位置进行反压，防止涌水带砂造成进一步的险情发生。随后使用工字钢对联络通道初支进行了支撑加固，完成后采用C40水下早强混凝土进行浇筑再次反压，确保了联络通道初支结构与盾构管片的稳定，也为后面注浆堵漏提供了条件。

3.2 恢复供电，增设降水井

为迅速有效降低地下水水头压力，减小涌水危害，及时恢复已有降水井的供电，同时调集多台降水井打设设备，在短时间完成8口降水井的打设与运行，降水井井径0.6 m，打设深度为40 m，有效地降低了隧道内的涌水量与水流压力，较好地控制住了涌水险情的发展，同时也为进一步封堵涌水口提供了条件。

3.3 注化学浆，封堵涌水口

化学注浆是一项实用性很强且使用范围较广的防渗堵漏措施[7]。在联络通道加固与涌水口反压回填牢固稳妥后，对涌水点采用注化学浆液进行封堵。聚氨酯是一种防渗漏能力较强，固结强度较高的防渗漏固结材料，其特点是浆液不遇水的时候是稳定的，遇水后才能进行化学反应，最终生成不溶于水的体型结构的胶凝体[8-9]。具体实施方法为在联络通道右线洞门两侧取2个长约4～5 m的孔，先将高锰酸钾用水稀释后用泵从钻杆中注入，观测涌水点颜色变化，判断水流方向和记录所用时间，依此选取注入孔位与配置聚氨酯发泡反应时间，后用2台注射泵同时注入聚氨酯，聚氨酯遇水反应后达到较好堵水效果。

3.4 洞内WSS注浆，进一步封堵加固

在隧道内涌水量显著减少的情况下，为进一步彻底堵住涌水口，在右线盾构隧道联络通道外中部及两侧附近管片开孔，打孔进行WSS注浆施工。参考其他成果[10-11]，利用WSS注浆机进行若干组磷酸+水玻璃胶凝时间配比试验，得到其最佳注浆参数为磷酸∶水玻璃 =1∶1，水玻璃浓度35 Be′，模数3.2，胶凝时间18 s，顺利达到堵水效果。根据现场施工实际，注浆材料更换为水∶水泥∶水玻璃=1∶1∶0.7的双液浆，多次对地层进行了注浆加固，确保封堵更为牢固。

3.5 剩余初支施工措施

为确保安全完成联络通道剩余初支，采用从右线隧道管片开孔后，将下台阶再分2个台阶开挖，每台阶高约1.4 m，上台阶开挖并支护完成后，再开挖下台阶与施作底部初支，完成施工。

3.6 其他辅助措施

(1）加强洞内及地面监测

涌水发生后，每隔2 h对地表沉降、隧道管片与联络通道初支拱顶沉降及净空收敛进行实时监测，并及时反馈监测数据，为判断结构安全以及地层稳定提供准确依据。

(2）雷达检测隧道空洞

地质雷达是探测地下水及隧道结构后空洞的有效工具，基于隧道隐附水体介电参数、电导率以及其附近多介质介电参数的突变，雷达的电磁波在振幅、主频以及相位变化上体现出一定的变化规律[12]。为避免涌水对管片的影响，对联络通道左右各20环管片的底部和侧墙背后空洞情况进行雷达扫描，有效探测深度5～6 m，根据扫描图形初步判断右线检测范围内无明显空洞。

(3）加大隧道内抽水能力

出现涌水后，隧道内积水较多，供电系统遭受破坏，现场新增电源，及时安装3台11 kW、2台7.5 kW的水泵对联络通道及隧道积水进行抽排，防止积水造成次生灾害。

(4）地面新增投料口

在联络通道拱顶正上方位置打设两根管径200 mm、一根管径400 mm的物料孔，安装钢管并加固，为灌注混凝土，解决洞内外通讯、供电等问题提供条件。

4 结束语

通过西安地铁联络通道涌水实际工程实例，系统地分析了事故发生的原因，制定了相对应的加固、降水、堵水、监测等整套处理技术措施，较好地控制了险情的发展，确保了工程顺利推进，对于类似工程具有较好的借鉴意义。