浅谈富水砂层联络通道涌水涌砂的处理措施

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[摘要]本文以南昌地铁1号线某盾构区间为工程背景，介绍了富水砂层联络通道在矿山法施工过程中由于地质突变而引发的“涌水涌砂”突发现象所采取的处理措施，确保了联络通道后续施工的安全，可为以后类似工程提供施工参考。

[关键词] 矿山法 富水砂层 联络通道 处理措施

一、工程概况

1.1 工程简介

南昌地铁1号线5标中子区间联络通道联络通道处于新洲路与中山西路交叉路口，中山桥施工围挡内。东临抚河，西邻赣江，三面环水。设计采用喷锚构筑法进行设计施工，复合式衬砌结构。由于本联络通道所处地层较复杂，施工中容易出现涌水、涌砂等现象。

1.2 工程地质条件

根据地质勘查报告，本联络通道处地质从上往下依次为杂填土（7.9m），淤泥质粘土（8.4m）、砂砾层（约1.5m，根据实际开挖情况确定的）、强风化泥质粉砂岩（1m）、中风化泥质粉砂岩（10.8m）。下行线埋深为16.2m，上行线埋深为15.2m，联络通道开挖面顶部距地面为16.8m。根据开挖实际情况，开挖面上部约有1.5m厚砾砂层（地勘图显示砾砂厚度为40cm），砂层透水性极强；下部为强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。

1.3 水文地质条件

本区间（抚河以西）第四系松散岩类孔隙水为潜水，局部为承压，主要赋存于全新统（Q4al）冲积砂砾卵石层中，地下水较丰富（枯水季节地下水位标高为 14.05-14.37m，联络通道处地面标高21.25m，根据我方中子区间施工经验，丰水季节水位会上涨2m左右），丰水期主要接受赣江及抚河地表水体的侧向补给，含水层综合渗透系数为110m/d。

二、总体施工方案

本工程联络通道施工，考虑到施工工期，成本因素，设计采用矿山法施工。联络通道初期支护主要由φ42超前小导管、格栅钢架、钢筋网、喷射混凝土组成联合支护体系。联络通道地基加固采用二重管高压旋喷桩进行加固。

在中子区间盾构隧道施工通过联络通道区域前，我部已对联络通道地层进行高压旋喷桩加固。

针对联络通道实际情况及设计要求，联络通道地基加固采用Φ600@450二重管高压旋喷桩进行加固，自立性，其无侧限抗压强度R1.5MPa，渗透系数≤1×10-7cm/s。

三、前期施工情况介绍

（1）为确保进洞安全，对上行线及下行线联络通道附近20环管片背后

进行双液浆注浆填充，并对联络通道全断面进行前进式注浆加固。

（2）进洞前对加固情况进行水平探孔，对开挖面上部打设3个5m的水平探孔，未发现涌水涌水情况。从水平探孔来看，注浆填充效果良好。洞门钢管片破除后，开始进行开挖，掌子面上部有约1m厚的砂层，整个砂层中充填水泥硬块并固结成整体，加固效果良好，砂层下部为泥质粉砂岩，无渗漏水情况。

（3）开挖进尺至1.0m时，掌子面左上角和右上角有少量清水流出，对掌子面上方钻设小导管并注浆后，渗水已封堵，无其他异常情况。

（4）开挖至2.1m进尺（第五榀格栅处），在开挖面靠右侧上部砂层与风化岩层交界面处突遇涌水涌砂，现场立即进行应急处理，对涌水涌沙处采用棉被封填，埋设导流管，对整个掌子面采用沙袋进行封堵，掌子面未发生坍塌，但导流管涌水未减小，次日凌晨3点左右，导流管被堵塞，地下水从沙袋缝隙四处冲出，主要集中在东西两侧上部，且涌水量进一步增大，因现场情况无法控制，为预防进一步的突发险情，我部决定启用安全门，在关闭安全门前，对已开挖的区域全部采用沙袋进行了堆填，目前安全门已关闭，只有少量清水从防护门缝隙流出。联络通道地表正在进行静压注浆填补地层空洞。

四、涌水涌砂原因分析及措施

4.1涌水涌砂原因

1）从现场的涌水位置来看，涌水处上部是加固的注浆体，底部是风化岩层，刚好处于交界面处，是整个注浆加固的最薄弱的环节，里面的水路通道相对比较隐蔽（因为开挖前，我部在两侧、顶部及中间都打设了超前探孔（5米）都未发现涌水涌砂的情况），水路通道与地下水连通后造成连续的涌水涌砂现象。

2）联络通道开挖期间，正逢暴雨天气，地下水位的突然升高，造成涌水涌砂的进一步加剧。

3）联络通道处砂层厚度约为1.5m，部分砂层位于下行线隧道的上部（上行线线路比下行线高约1m，砂层处于隧道范围内），此部分砂层无法在洞内进行前进式注浆。

4）由于联络通道开挖区域地下水较丰富，主要集中在通道上部砂卵石地层中，接受赣江及抚河地表水体的侧向补给，而丰水季节水位会上涨2m左右，造成地下水水头压力增大；由于静压注浆及前进式注浆均压密注浆形式，在中密状态砂层中水泥浆固结不均匀，如果再有压力较大的流动水情况下，这种压密注浆体系将受到破坏，可能引起局部薄弱部位的流水通道贯通而发生渗漏水。

4.2针对措施

针对以上原因，我部在联络通道下行线隧道采用洞内前进式注浆加固，将开挖面前方流水通道加固封堵，然后在原设计已完旋喷加固区外设置6口深层井点降水井降水，确保联络通道在无压力水环境、一定自稳性、固结状态下的砂层中进行开挖。

1）首先利用电锤从管片注浆孔查明隧道顶部的地质情况，以明确隧道顶部范围地层的地质情况，了解砂层的分布情况。

2）对无法采用洞内前进式注浆的砂层区域，采用地表静压注浆，详细内容见5.1。

3）地表静压注浆及洞内前进式注浆时，严格按照交底进行布控，需严格控制双液浆配合比，加强过程管控。

4）采用地表静压注浆，结合洞内前进式注浆方式对掌子面附近软弱地层进行注浆封堵，注浆完成后并打设探孔检测注浆效果，无漏水漏沙后方可打开防护门。

5）在设计旋喷加固区外布设深层井点降水，并采用120m3/h的大功率水泵进行抽水，确保丰水季节地下水位能降下去，使联络通道开挖过程中时处于无压力水作业环境，也防止较大压力水对压密加固形式的砂层产生影响。

6）在注浆施工完成后，先在联络通道防护门上部钻取3个地质探孔至之前开挖掌子面之前，探孔深度4m，确保探孔和门缝都无涌水涌砂才打设降水井，降水达到要求后再打开 。

7）开挖过程中定时监测6口降水井以及增设的观察井的水位情况；抽水过程中各应做好抽水井流量及观测水位观测数据记录；抽水井均应安装流量表进行流量测量，发现有水位上涨等情况时及时反馈。

8）如果监测降水井水位上涨有2m及以上，需进行以下工作：

（1）地表监测人员需立即通知副工区长，副工区长通知停止隧道内开挖作业，并安排专人观察掌子面情况。

（2）查明水位上涨原因，情况容许下，增加降水井水泵数量，根据原因分析立即针对性采取有效措施。

（3）在采取有效处理措施，并且水位降到规定深度后，再进行联络通道开挖。

9）降水井降水过程中，可能引起周边地面有沉降；降水施工期间，应不定期检测水中的含沙量情况，以免滤网破损带出泥沙，并加强对周边地表的沉降监测。

五、处置方案及措施

根据以上实际情况，为确保地面交通和周边建筑物安全，迅速对通道地表可能发生沉降的区域进行临时围挡，根据实际情况在围挡内共钻设4个垂直路面探孔，探查地表以下空洞情况；并组织注浆队伍进场，并根据现场探孔情况，在联络通道上方地布设共21个注浆孔，注浆过程中严格控制注浆压力，对因涌水涌砂造成的地层空洞与间隙注双液浆进行填补，控制后续地表沉降。

同时根据实际情况，采取洞内前进式注浆结合深层井点降水的措施，主要施工流程如下：地表静压注浆填补地层空洞并加固主线隧道上方砂层，隧道内前进式止水注浆（注浆终止标准：打设探孔时无漏水漏沙现象），设计旋喷加固区外打设共6口深层降水井（在注浆完成后，再打设降水井，降水井入岩3m）并降水。在降水井水位降到规定深度后（降水后水位深度为强风化粉砂岩与砂砾层交界面以上1m水位线及以下），再次检查隧道内探孔无漏水漏砂现象后方可打开防护门开挖。确保联络通道在无水环境、一定自稳性、固结状态下的砂层中进行开挖。

5.1 地表静压注浆

5.1.1 布孔设计

因联络通道涌水涌砂流失大量砂子，在地表先采用静压注浆（双液浆）对地层空洞进行注浆填充。并对在主线隧道的上部而无法在洞内进行前进式注浆的砂层进行加固。

布孔以理论结合实际为原则，边打孔边分析本孔位的地质情况，可根据实际情况进行孔位及数量调整。共21个孔，孔距1.0m，排距2.0m，钻孔深度18m，成桩深度10m，施工时跳孔注浆。布置图详见下图。

5.2 洞内全断面前进式注浆

5.2.1 洞门水平加固范围与布孔设计

因之前已对上、下行线进行了全断面前进式；针对涌水涌砂情况，涌水位置在联络通道开挖进尺2.2处，本次只在开挖面进行前进式注浆加固。

布孔以理论结合实际为原则，边打孔边分析本孔位的地质情况，可根据实际情况进行孔位及数量调整。根据实际开挖掌子面情况，在洞身拱部布设两排水平钻孔25个（图示1-25号），1-13号孔孔深4.0m，14-25号孔孔深4.5m，间距0.6m。布置图详见下图。

考虑到之前已对上下行线进行全断面前进式注浆，本次注浆可利用之前的导向管注浆，布孔可根据现场实际情况适当调整。

5.3 降水井

根据现场管线等实际情况，在设计的旋喷桩加固区外设置六口深层降水井（如图），降水井设计深度为19.8m，嵌入泥质粉砂岩3m，钻孔孔径为800mm。降水井水泵选择功率15KW（扬程40m，流量120m3/h），降水井井身采用内径400mm波纹管，壁厚4-5mm，波纹管下部6m采用双层40目尼龙网包裹，米石填充井壁。

拟采用反循环回转钻机进行成孔作业，泥浆系统采用就近原则，挖设面积较小的废浆池和循环泥浆池。

六、结语

矿山法施工已经作为成熟工艺以广泛应用于山岭隧道和部分城市地铁施工中，但是在“水”下施工应注意以下几点：

1）矿山法隧道在富水砂层施工中，在有条件的情况下，可设置降水井，并对地下水位进行实时监控。

2）矿山法隧道降水的目的不一定要把地下水位降低至底板以下，而是采取降+排+堵结合的方法施工，“降”即尽可能的降低水头压力、“排”即为洞内采取有效的引流方式，是部分地下水排出洞外，做好排水措施；“堵”即堵的是水中泥砂，确保地层内不被掏空，造成地面塌陷。

3）隧道施工中应做好监控量测，及时反馈数据，指导施工。包括建（构）筑物、地面沉降监测、水位监测、洞内收敛量测工作。

4）为确保水中暗挖施工安全，隧道进出口可安装安全门，可避免因隧道施工过程中出现突发性涌水涌砂情况，而导致更大的安全事故。

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