右线始发洞门涌水涌砂险情技术总结

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摘要：本文主要通过工程案例对该工程的险情发生经过、险情原因分析、险情过程处理进行论述。

关键词：工程险情原因处理

Abstract: this paper mainly through the engineering case for the project happened after the risk, the cause analysis, the paper discusses the process.

Keywords: engineering danger reason processing

中图分类号： TV697.3+2文献标识码：A文章编号：

一、险情发生经过

2008年7月22日下午，珠江新城旅客自动输送系统土建3标工程右线盾构始发掘进至－1环时，洞门密封下部出现较大涌水涌砂渗漏，在短短三十多分钟内，涌水量达300多方，夹带的涌砂量达160余方，涌水涌砂迅速灌满始发井区域的地坑，并漫到车站的其它底板上。

而该右线洞门，曾于2008年5月19日开始开凿时发现有较大涌水，于2008年6月7日割除洞门外排钢筋时，洞门中下部的外排钢筋保护层混凝土发生较大水平向变形，向基坑内侧鼓出，较大水流夹带粉细砂从混凝土与围岩间缝隙涌出险情。

二、工程概况

广州市珠江新城旅客自动运输系统南起于赤岗塔，向北下穿珠江、珠江新城区域、天河体育中心，止于林和西站，与地铁三号线林和西站相通，全长3.88km。土建施工3标工程为该系统的一部分，包括赤岗塔站和赤岗塔――海心沙――广州歌剧院盾构区间。

本车站的地下水主要以潜水型孔隙水赋存于海陆交互相淤泥质砂层和陆相冲洪积砂层中，该两层厚度较大，孔隙度较大，处于饱和水状态，渗透系数K=1.76～5.46 m/d，属于富水的中等透水地层。基岩裂隙水与基岩的裂隙发育及其连通性有关。全风化岩带中地下水主要以孔隙水形式存在，该带属于弱富水性地层，弱透水性；强-中风化带地下水以承压裂隙水形式存在，为弱富水地层，弱透水性。

三、险情原因分析

1、端头加固方案自身存在的薄弱环节是造成涌水涌砂的主要原因

（1）端头加固设计方案进行局部修改后，未提出明确的预防地下水渗漏要求该工程盾构始发端头加固方案原设计为“800厚C15素混凝土地下连续墙+水泥搅拌桩”，素混凝土地下连续墙埋深与底板底部平，水泥搅拌桩为φ550呈三角形咬合布置。在图纸会审中，承包商提出并经设计同意，“C15素混凝土地下连续墙终孔深度按入中风化岩1m控制”，水泥搅拌桩由“三角形咬合”改变为“四边形咬合”。

该方案改变后，根据现场地质情况判断，素混凝土地下连续墙的终孔标高位于始发洞门中部偏上位置。由于地下连续墙入岩深度较小，且底部存在一定厚度沉渣，地下连续墙与围岩之间存在泥浆分隔，这些都缩短了地下水绕渗路径，为地下水的渗漏提供可能的通道。水泥搅拌桩由“三角形咬合”改变为“四边形咬合”后，其桩间可能存在不咬合现象，为地下水渗漏提供通道。修改的方案对如何预防地下水渗漏没有提出明确要求。

（2）该端头加固体的素混凝土地下连续墙直接与水泥搅拌桩接触，两者之间接合不密切，存在渗流通道，方案上未采取紧密交接咬合措施。

（3）桩底与岩面间存在渗流通道：设计要求水泥搅拌桩桩体进入强风化岩10cm，由于该地层下伏岩层为层，无强风化层，加上搅拌桩本身的特性，无法进入岩层成桩，因此岩层与砂层界面是加固薄弱环节。

（4）加固体搅拌桩“四边布置”方案本身的咬合宽度只有100mm，在地层中施工时，由于该地层的可灌性较差，下部搅拌成桩质量较差。

2、围护结构与加固体素混凝土墙间、加固体素混凝土墙与岩面间、端头搅拌桩加固体内及加固体与岩面间存在渗水通道是造成开凿洞门出现涌水涌砂的直接原因，上述通道未有效堵塞及洞门密封损坏是造成右线始发涌水涌砂的直接原因。

3、未严格落实各个处理方案是造成险情不断升级的重要原因

打凿洞门前，本应认真施打水平探孔探查端头加固体的加固及止水情况，但是承包商在未打认真施打水平探孔的情况下就开始打凿洞门，掌子面出现涌水。

四、险情处理过程

1、洞门开凿险情处理

2008年05月19日洞门开凿涌水及2008年6月7日割除洞门外排钢筋涌水涌砂险情发生后，地铁总公司竺维彬副总经理、建设总部谭文副总经理等领导、及监理公司各级领导、驻地监理部先后组织了8次专题会，认真分析险情产生的原因、指出工程风险点，对洞门涌水涌砂处理、洞门密封补强处理、端头补充加固、始发应急措施等提出了系统的处理意见和建议，包括在洞门橡胶止水帘布后满塞海棉滤砂、盾构机上增开径向注浆孔适时注聚氨酯或注浆堵水等。

在具体实施时，虽然驻地监理部及业主现场代表以种种形式督促，但是会议所提的意见和建议并未得到认真的落实。与此同时，承包商却认为各方提出的意见和建议已落实，不断地以口头、书面等形式向业主、监理单位相关领导、相关人员提出始发要求，均未得批准。最后，承包商提出了用旋喷桩封闭右线端头的“小包围”方案（见下图），在小包围内采用“袖阀管”注浆法向端头地层内注入水泥浆，同时辅以降水井降水，旋喷桩为单排单管旋喷，降水井口径φ160。尽管业主、监理、设计、咨询等各方对方案持一定的异议，特别是降水井工艺及直径达不到应有目的，但承包商仍然按方案施工完成。

施工现场对端头进行处理后，在承包商的强烈要求下，经过多方协调，业主、监理、施工单位相关人员于2008年7月20日召开右线盾构始发条件正式验收会，同意承包商在仍然存在一定风险之下始发掘进，并提醒承包商做好各项应急准备工作。

从始发出现涌水涌砂险情及抽芯取样结果看，单管旋喷桩在该地层中的成桩质量难于保证，对岩面与砂层结合部的渗水通道的堵塞处理效果不理想。

2、始发涌水涌砂险情处理

2008年7月20日开始掘进后，期间洞门12点位附近发生涌水，监理、业主现场值班人员组织承包商进行了紧急堵砂堵水处理，并于2008年07月21日下午将水堵住。7月21日晚，盾构机中体前部进入洞门密封，业主和监理部多次电话并书面要求承包商立即从环向注浆孔注入聚氨酯，但是因夜间承包商项目经理和总工均不在场，驻地监理部虽然在现场严格督促，负责注浆的施工人员仍然于23点多离开工地，未能实施洞门下部密封封闭。7月22日下午，盾构掘进至－1环时，洞门密封下部出现较大渗漏。为防止险情进一步扩大，地铁总公司竺维彬副总经理组织业主、监理、承包商相关人员立即启动应急预案实施了抢险工作。

控制住险情后，恢复生产小组提出了箱体方案（如下图），以钢筋混凝土箱体包裹负环和盾构机，以处理恢复掘进时洞门涌水涌砂问题。

由于承包商系第一次在该盾构区间始发段这样的上软下硬地层中掘进，没有过往的经验，为解决盾构掘进可能出现的喷涌及地面塌陷问题，承包商自行提出“大包围”方案，历时近一个月，以313根单排双管旋喷桩包围始发端头（旋喷桩总长度达3800余m），中间布设φ600降水井6个（孔深约12m），同时为改善地层土体，在大包围内@3000开设91个孔，向地层中注入膨润土浆注浆180余方，总共消耗水泥近700吨、膨润土近100吨、水玻璃近30吨。

经过上述处理后，本工程右线于2008年9月17日恢复掘进。盾构机完全进洞后，从负环管片接缝处有较大的渗水，采用聚氨酯堵塞零环与洞门之间的间隙后，负环管片接缝的渗漏消失。在“大包围”范围内掘进过程中，从盾构机螺旋机出口处仍然时有喷涌现象，但是见面沉降较小。如果仅从技术角度来看，“箱体”加“大包围”处理方案是成功的。

五、经验教训总结

1、始发及接收端头的加固方案设计，应根据具体的水文地质与工程地质条件，充分考虑方案的适应性、地层加固及止水的效果。

2、设计、施工、监理单位对于设计方案的修改应慎重考虑，充分进行方案比较及做足预防措施。

3、端头加固施工时应做好施工工艺、施工参数的监控。

4、注重端头加固质量检测的监控，包括检测方式方法、点位选取、样品存放及送样等。

5、开洞门前，必须认真施打水平探孔检验端头加固质量。

6、一旦发生险情，应争取各方力量督促承包商作出快速应急反应，防止险情进一步扩大，同时必须认真编制处理方案并加以严格执行。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。