根据场地岩土和环境条件,城市地铁常采用暗挖法施工区间段,为了降低建设成本,缩短施工工期,区间隧道一般埋深较浅,因此,围岩情况普遍较差,变化多,地下水丰富,隧道坍方冒顶的风险很大,发生概率也大。遇到地质条件突变、支护措施不能满足要求而出现坍方冒顶事件时,如何在地表建筑物密集,交通繁忙的地段迅速处理好坍方事故,避免事态的进一步扩大,是设计和施工人员普遍关心的问题[1]。现以南京地铁二号线区间隧道施工过程中一次坍方事件的处理为例,介绍该事件的抢险过程和处理方案,以供 参考 。

 

1工程概况

 

 南京地铁二号线某段区间隧道设计采用矿山法施工,分左、右双线,左线长756.42lm,右线长766.35m,埋深为10.657m~l6.680m,左、右线间距13.2m。地面道路两侧以商业、学校和住宅群为主,车水马龙,交通繁忙。施工场地设于区间右线南侧的道路绿化带内,内设施工竖井一座,与左、右线相交于K20+134处,区间隧道通过一段41.0m长的暗挖通道与竖井相连,作为施工通道。塌陷段地层自上而下为①-1杂填土、③-2b3粉质粘土、J1-2xn-1a强风化砂岩、J1-2xn-2a中风化砂岩(图1),其工程地质特性如下:

 

 ①-1杂填土:杂色,松散,顶部为砼或沥青路面,下部为二灰碎石土或石块、碎砖混粘性土,底部多见少量素填土,层厚0.60m~3.00m。

 

 ③-2b3粉质粘土:灰黄色、褐黄色,软塑,混高岭土条纹及铁锰氧化物,见少量腐植质及贝壳,有光滑面,中等干强度,中等韧性。层厚3.10m~4.30m。

 

 J1-2xn-1a强风化砂岩:紫红、紫灰、杂色,原岩以泥质粉、细砂岩为主,偶夹粉砂质泥岩,局部为泥质中粗砂岩,经风化顶部呈砂土状或硬土状,裂隙很发育,中下部多呈碎裂状、饼状,个别短柱状,手捏易碎,遇水易软化,岩质很不均匀。层厚1.00m~5.40m。

 

 J1-2xn-2a中风化砂岩:紫红、紫灰、杂色,原岩为粉细砂岩,间夹泥质粉砂岩,局部互层状。裂隙较发育,裂面呈高角度,倾角多在45°~70°,部分裂隙面近直立,裂隙中多充填方解石晶体。岩芯多呈短柱状,少呈不规则块状,个别长柱状。手折能断,锤击较易碎。局部层理清晰,层理倾角多小于20°,层厚1.50m~14.60m。

 

2拱顶涌泥事件经过及应急处理

 

 2006年11月26日晚8点左右,在施工完成右线K20+070处超前小导管及注浆工艺后,对上台阶进行爆破清渣。于22:20时,修整拱边及清渣工作已完成并通过了监理的验收,正准备进入下道工序格栅钢架安装时,其拱顶围岩突然出现落石,跟随着隧道掌子面拱顶前方涌出大量含水量丰富的淤泥质土,不到10min的时间,隧道K20+070-K20+075段上台阶就被淹埋。出现此情况后,立即启动应急预案,调运了袋装水泥,在涌泥的前方(即K20+075处)筑起了水泥墙,将隧道全断面封闭。同时,为防止隧道顶部地面道路受损或影响,开始组织人员在地面进行交通临时疏导,将K20+070处隧道断面对应于地面的道路范围进行临时封闭。23:10时,在水泥墙已完成的情况下,隧道拱顶又出现了异常变化,从原掌子面前方开始了第二次涌泥,且速度非常快,短短三分钟时间,就已将隧道后方约20m的地段全部淹埋。在组织人员紧急后退的同时,不停抛掷袋装水泥,同时在K20+090和K20+098位置用型钢做骨架,支立了第二、第三道屏障,填入袋装水泥,控制了第二次涌泥的 发展 。根据如此之大的涌泥量,推断在隧道上方仅13m处的宁杭公路路面下很可能已出现了坍陷空洞。为避免出现更大的意外事故,紧急调入凿岩机将对应于隧道涌泥部位的路面结构进行了破除。打开上层路面沥青层及道路基层后,发现该段路面下道路路基土方已经出现了一个长8.5m,宽8.2m,深约7.5m的坍陷坑,且底部积水较多,土体极不稳定。据此,立即调运C25早强混凝土进行回填,从27日凌晨4:00一直浇灌到上午12:00左右,险情得到了暂时控制。11月27日晚8:20分,隧道内出现第三次涌泥。涌泥冲垮了第二道屏障,涌至第三道的位置,同时坍陷坑也出现了土体下沉、坑壁周边坍落的现象,坑内深度下沉了近3.0m,范围也扩大了约1.5m,并导致坑内南、北两侧埋深约2.5m处的Φ800mm自来水管和Φ1000mm污水管道外露,管道下方出现了大面积空洞。根据该情况,一方面在洞内紧急用型钢对第三道屏障进行了斜撑加强,用袋装水泥堆码加高屏障,增加屏障反推力,以阻挡涌泥继续流涌的趋势。另一方面,对地面坍陷坑进行加固处理,周边坑壁部位插打Φ42mm、长度4.5m、间距0.8m×1.0m的小导管,梅花形布置,坡面挂φ6.5@150mm×150mm双层钢筋网,喷射500mm厚砼,以避免再次坍陷(图2)。3原因 分析 与处理

 

3.1原因分析

 

 根据现有地质详勘报告,塌陷部位拱顶应有约2.5m厚的中风化砂岩和2.0m左右厚的强风化砂岩,但塌陷揭示,此处二者厚度累计不足1.0m,其上就是含水量丰富的淤泥质土,充分说明纵向岩土层变化复杂(见图1),塌陷区地层的描述及其变化与现场实际的地层不相吻合。其次,施工段处于岗间与山丘的低洼地带,施工期遇上南京百年罕见的阴雨天气,加上周围管线雨污水的渗漏,不但使得此段纵向岩土层中的含水量非常丰富,也使岩土层的抗剪强度大大降低。

 

3.2处理方案

 

3.2.1地质补勘

 

 在塌陷区一定范围内,增加5个地质补勘孔,充分摸清岩土层纵横向的分布情况及其物理力学特性,为后续加固施工及恢复生产提供相应的设计参数。

 

3.2.2塌陷区周围地面的注浆处理方案

 

 在坍陷坑周边采用密排引孔、劈裂双液注浆的方式进行地下填充固结[2]。先在围绕坑边的地面上引孔置管,孔距0.8m~1.0m,孔深11.0m~13.0m。在坑外半径10.0m的范围内共布置66个钻孔,孔内放置深度10.0m、直径Φ42mm的小导管,管头打孔做成花管,加压注入水泥-水玻璃双液浆,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5,水泥浆水灰比为1:1,水玻璃浓度为波美度35,模数2.4,注浆压力值初压0.5MPa~1.0MPa,终压保证在3.0MPa以内,每孔注浆量按浆液扩散半径1.0m及空洞填充范围和空隙率估算[3]:

 

Q=AπR2Hkβ(1)

 

 式中A-损耗系数,取1.3;R-扩散半径,取0.5m;H-孔深,取11.0m;k-土体孔隙率,取30%;β-填充系数,取1.2。单孔注浆量约4.0m3。

 

 以此在坍陷坑外围形成一圈止水帷幕墙。再将钻机吊入坑内,在坑底引孔置管注双液浆,孔距0.8m,孔深16.0m,共布置33个孔,施工工艺与坑外相同,以填充地下陷空区(图3)。另外,在路面坍陷坑内继续进行挂网喷射混凝土,加喷厚度300mm,将坑内南北两侧因坍陷下沉而外露的自来水管道和污水管道包裹并加强,防止坑内土体下沉坍塌造成管线沉降、渗水,造成更大的事故和损失。

 

 ⑴隧道洞内采用插打小导管注双液浆,从第三道屏障开始,由东到西,逐排插打长度6.0m、直径Φ32的小导管,排距0.8m,间隔1.0m,共布置149根,对涌出的淤泥土体和屏障墙水泥进行固结,以加强土体的自稳性和内摩擦角,防止其继续滑动。水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5,水泥浆水灰比为1:1,水玻璃浓度为波美度35,模数2.4,注浆压力值初压0.5MPa~1.0MPa,终压保证在3.0MPa以内,每孔注浆量按浆液扩散半径1.0m及空洞填充范围和空隙率按公式(1)估算。其中:损耗系数A取1.3;扩散半径R取0.4m;孔深H取6.0m;土体孔隙率k取0.84;填充系数β取0.3;单孔注浆量为0.99m3。

 

 ⑵增设型钢立柱支撑,在屏障后方支立五排长6.2m的I40立柱型钢,一直到隧道拱顶,并采用双排[14槽钢联成一体,形成对隧道拱部的加强防护,防止 目前 已施工完成的隧道初支因拱部水土压力增大而坍塌,造成连锁反应,扩大损失程度。

 

 ⑶隧道洞内逐排小导管注浆至拱顶掌子面后,将K20+070~075段拱顶空洞处回填,并纵向打入6.0m长、间距0.5m的双层密排小导管,梅花型布置。单排51根,注入水泥-水玻璃双液浆,技术要求与上相同,以固结K20+070段掌子面涌泥部位(即地面坍陷坑下方),从底部保证土体的稳定,防止再次坍陷涌泥,造成更大的损失。

 

3.2.4洞内涌泥的清理和恢复方案

 

 注浆加固完成后,通过引孔检查注浆效果和掌子面稳定情况,在支护稳定的情况下进行坍体土方清理。坍体开挖分上、下半断面分部进行,上半断面采用弧形开挖、保留核心土的 方法 进行,开挖时先掏两侧的土,后掏中间的核心土,开挖时严格控制超欠挖,经围岩量测,每循环进尺为600mm~700mm。弧形开挖完成后,立即进行初期支护,按500mm间距架立钢拱架,钢架架立完成后,立即插打砂浆锚杆和锁脚锚杆、安装钢筋网片、喷射混凝土初支,并进行第二循环的超前小导管及掌子面预注浆,如此循环。

 

3.2.5塌陷坑回填及道路恢复

 

 待洞内外加固完毕后,根据监测结果和洞内情况,采用C25商品混凝土灌注进行陷坑回填,并用压路机、摊铺机等设备进行摊铺二灰结石道路基层和沥青混凝土路面,最后恢复道路设施,拆除围挡。

 

4结论

 

 ⑴在地铁施工中,必须要有应急预案。对施工过程中可能出现的险情要有充分的估计,并要有相应的设备、材料和人员储备。

 

 ⑵坍方处理施工中应坚持"稳坍体、管超前、小进尺、多循环、强支护、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈"的原则,分区分段、按顺序跟步骤进行。

 

 ⑶施工项目部的处置及时、迅速,方法得当,有针对性。在短短的7d时间内,完成了地面坍陷坑的加固和回填工作,恢复了地面 交通 。18d后开始了洞内正常的掘进施工,未给工程本身质量、安全及周边环境造成更大的 影响 和损失。

 

 参考  文献 

 

[1]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京: 中国 建筑 工业 出版社,1993.

 

[2]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京: 科学 出版社,2005.

 

[3]GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范[S].