谈隧道施工承压水突涌风险安全预控与抢险对策

柏友刚

摘要：随着成都铁路网密度的增加和地下开发的限制，间隔隧道越来越深。新建轨道线路区间缝隙位于⑤2层砂淤细密闭含水层和⑦层淤泥细砂层。在承压水地层推进过程中盾构机突涌数量不断增加的情况下，寻找和完善承压水域涌浪风险的安全预控和应急预案非常重要。结合成都轨道交通工程建设中盾构机升级改造的经验，针对盾构机升级改造、进出隧道、旁路通道等重大施工危险源的特点，提出了安全预控和应急响应措施。盾构机施工过程中的加压进水风险为未来盾构机施工提供参考和指导。

关键词：轨道交通;车站;深基坑;承压水;突涌风险;应急抢险

引言：基坑底部是有限的含水层，其上覆土层透水性很差（可以认为是不透水的），基坑开挖降低了其上覆地层的压力，上覆土层以下的围封含水层的水力作用导致基坑底部地面抬高，并伴有泄水和喷砂问题，即突涌。基坑工程突然涌水，极有可能破坏围护结构，危及周边环境安全。对此，迫切需要找到一种目标控制方法，防止基坑突涌。

一、相关研究概述

以盾构施工风險为目标进行相关研究中，宫本福等[1]分析盾构事故的成因、施工过程和副作用、始发、到达，针对其他风险因素，提出了地铁盾构施工风险管理的技术措施。崔九江[2]通过国内外盾构施工情况分析，提出了避免盾构隧道施工危险点的对策。曹景珍等[3]以广州地铁为工程背景，介绍了盾构隧道施工面临的风险及施工对策。郭宏元[4]分析了对上海地区砂土层内外土压平衡盾构隧道的各种喷砂条件进行了分析，提出了防渗堵漏等具体施工技术措施。范祥熙等[5]通过数值分析探讨了预加固与降水相结合的含砂富水复合地层连通通道的施工技术方案。

盾构隧道的发展主要由盾构机械设备及相应的设计施工技术驱动，而盾构机的发展与基础产业发展水平和地下工程实际需求密切相关。30年来，盾构机制造、施工技术和工程成果均取得突破。通过解决土压平衡、泥水平衡、盾尾密封、隧道防水等一系列技术难题，盾构技术进步更快更好，但面临的问题也更多。盾构隧道为装配式结构，具有“薄壁、多缝、低刚度、高风险”的特点，但整体刚度较小且较脆，抗外力破坏能力较差。在沙质土壤中容易断裂，拼装结构在施加水压时容易断裂。结合成都地区盾构机升级改造经验，针对盾构机升级改造、入口隧道、旁路通道等施工风险的关键特征，提出入侵风险的安全预控和应急处置措施是非常重要的。

二、盾构机推进施工

（一）盾构推进液压系统工作原理

1、推进模式

推进模式是一种用于控制盾构机前进的系统模式，主要提供推力来推动盾构前进，反作用力推进液压缸顶到管片。管片固定，当液压缸推动管片时，反作用力均匀，使盾牌向前移动。通过控制比例变量泵和比例减压阀，改变盾构机的推进速度和姿态。调整部分作业区，通过调节液压缸的压力来改变盾构掘进的方向。主要工作原理为前进时，电磁换向阀9工作于右边的位置，压力油通过比例减压阀1、电磁换向阀9、液控单向阀6进入推进液压缸的无杆腔。片上返回力将屏蔽向前推。单向阀用于防止液压缸膨胀和缩回。液压缸伸展，并向后推动该段，向前推动护罩。单向阀用于防止液压缸膨胀和缩回。

2、管片拼装模式

通过控制推进液压缸的快速伸缩，可以实现分段的快速装配管片模式。装配方式的原理是当液压缸快速展开时，推进原理与液压缸展开时相同，唯一的区别是

第一连接电磁球阀（3）打开，首联插装阀（2）打开，压力油通过（2）与第一连接插装阀的比例压力进入液压缸的无杆腔，使液压缸快速膨胀。当液压缸快速缩回时，电磁换向阀（9）工作在左位，压力油同时通过第一组合插装阀（2）和比例减压阀（1）进入液压缸的杆腔。此时，给重叠电磁球阀（5）通电，重叠插装阀（4）打开，回油可通过液控单向阀（6）和重叠返回油箱插装阀（4），使液压缸可以快速退出。缩回时，必须先通过卸荷阀（7）卸压，以实现液压缸快速缩回，减少压力冲击。

（二）螺旋机出土孔防喷

防治螺杆机钻孔喷砂漏砂主要是落实设备保修管理制度。目前的盾构机配备两个闸门以加强防爆控制，一些施工单位在开挖口处增加了手动闸门。如螺杆机喷水、喷砂时，应及时关闭两道闸门，反转螺杆机。

三、盾构机进出洞

（一）盾构机进出洞地层加固共性问题

盾构机进出料口的加固对安全来说非常重要。如果在排水过程中地下室连续墙有外部塌陷孔，则必须在加固土壤之前对其进行处理，以确保墙/土壤之间不存在“竖向”接缝。当盾构隧道出入口加固区域包括砂土、淤泥层（如3土层）等不利土层时，一般采取加固措施。目前，接受盾构机起始长度6.0m和3.5m长度的一般加固已经很少。如果施工现场有条件，加固长度将增加到11.0m以上。不使用任何条件，采用MJS或额外的冷冻加固。一般采用盾构机长度加上2.0m长度，进行全深度加固。

常用的加固方法有SMW法、MJS法、高压注桩法、冷冻法等，一般采用一种或两种方法来保证洞内外土体的稳定性。在特殊情况下，同时使用两种或多种加固方法。对于实心钢筋，应优先采用能保证垂直度和均匀度的方法。因此，不建议使用喷桩进行大面积加固。若洞门埋深较深，出入口标高位于承压水位，或顶部有地下构筑物（构筑物），建议采用双重加固措施，也就是说，采用水泥基增强材料辅以冷冻法或钢套等对策。

（二）盾构机进出洞施工防水

传统的盾构掘进方法是加固墙外土，加固加袜压井，必要时减压。当盾构机推动整个隧道或至少100环时，可以实施永久井口封闭。盾构机进洞的风险还要防止三条缝的漏水现象。常用的入孔方法有：反袜套、环板、气囊、弹簧钢板、割盾尾（或留置盾尾）、孔环中的冷冻环管、钢套筒/盒和开孔法。辅助作用包括多孔进入、管段拉动、箍注浆和井点脱水。盾构机进孔后，应尽快焊接密封钢板，密封孔圈。

四、井承压水突涌预控对策

（一）勘察

1.检查承压水地层形成情况。工程调查阶段需要确定下部承压含水层的深度和边界，土层变化位置的测点应致密，间距应小于15m。

2.水文勘察。对经勘察计算存在承压水突涌风险的基坑，应进行专项水文勘察和抽水试验。

3.查明土层水力参数。应确定各受约束含水层的各土层的约束性和渗透系数、水力连接、进水量和影响半径等水文地质参数，作为降水设计和降压及实施井的依据。

4.探明地下水位的变化。虽然压水水的水位总体上是稳定的，但随着季节和区域工程降水存在一定的变化，后续的降水设计和开挖必须根据水位的变化进行动态调整。

5.合理布置勘探孔。而基坑周圍的探孔应设置在距围护结构（地下连续墙）外侧2m处，探孔的导流可以防止承压水突涌进入坑侧，防止挖掘过程导致围墙附近的水和土壤流失，必须在基坑外安装用于勘探的波速管（如有）。

6.压力井组施工完成后，应进行组井抽水试验，确定降压、排水作业参数。根据开挖深度逐渐减小，根据试车结果开挖深度决定井组作业。在制承压水头控制足以满足基坑稳定性要求的情况下，应尽量减少限制水位的降低，以控制降水对环境的影响。

（二）地下连续墙质量控制

为阻隔坑内坑内外承压水的连接，宜采用隔断式止水帷幕，止水帷幕必须深入含水层至少3m。当止水帷幕不能完全封堵有限含水层时，应结合差异化按需降水规划和环保要求，合理确定止水帷幕埋深。根据以往工程实践，当止水帷幕底部与泄压井底部垂直距离大于10-15m时，满足开挖要求，基坑内降水对周围环境影响较小。

五、结语

承压水突涌容易导致基坑失稳，附近既有建筑物（构筑物）也会受到不同程度的影响。在可能的情况下，应使用降水方法来防止进水。在本文中，我们讨论了各种控制策略，希望所提出的内容可以作为类似项目的参考。

参考文献：

[1]宫本福，杨志勇.北京地铁盾构施工风险控制技术研究[J].铁道标准设计，2018，62（6）：100-114.

[2]崔玖江. 盾构隧道施工风险与规避对策[J].隧道建设，2019（4）：377-396.

[3]曹晶珍，李俊伟.过江隧道盾构法施工风险分析及控制[J].地下空间与工程学报，2012（增刊2）：211-214.

[4]郭红远. 盾构在砂性土层中进出洞施工的风险控制[J].城市道桥与防洪，2011（6）：18-21.

[5]樊祥喜，王树英，皮圣等.含砂砾富水复合地层地铁联络通道施工风险分析与控制研究[J].中国安全生产科学技术报，2015，11（9）：144-149.

[6]王纯亮. 盾构施工中推进系统常见问题分析与处理[J].工程机械与维修，2021（03）：91-93.

[7]赵鹏飞. 地铁联络通道及泵站冻结法施工研究[J].工程机械与维修，2021（03）：152-153.

[8]贾明杰. 软土地基中特殊环境下的承压水突涌风险控制[J].中国高新科技，2020（19）：80-81.

[9]王如路. 隧道施工承压水突涌风险安全预控与抢险对策[J].隧道与轨道交通，2020（01）：1-6.

[10]王如路. 轨道交通地下车站深基坑施工承压水突涌预控对策与应急策略[J].隧道与轨道交通，2019（03）：5-10.

[11]张斌. 盾构在矿山法隧道内进出洞施工技术[J].低碳世界，2018（05）：254-255.