電纜隧道掌子面涌水突泥原因分析及處理

吳永欽

深圳地區(qū)屬于地面坍塌比較頻繁的城市之一，幾乎全年每個月均有地面坍塌事故發(fā)生。隨著深圳軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，由地下隧道施工引起的地面坍塌事故起數(shù)也呈現(xiàn)增長的趨勢，如何預(yù)防地面坍塌事故的發(fā)生是擺在廣大工程建設(shè)者面前的一大難題。本文通過分析深圳某電纜隧道發(fā)生涌水突泥的原因，進而提出處理的方法，為減少地面坍塌事故和為類似工程施工提供借鑒。

一、項目概況

2017年10月，深圳某電纜隧道工程在礦山法施工掌子面突然出現(xiàn)涌水突泥，且掌子面對應(yīng)的地面位置出現(xiàn)地表下沉，繼而擴大為塌陷，塌陷面積約60m2，塌陷深度約3m，現(xiàn)場無人員傷亡。

該電纜隧道采用斷面弧頂直墻平底結(jié)構(gòu)，開挖斷面尺寸為6.2m（寬）×6.14m（高）。主要支護形式采用“0.5m間距格柵拱架+超前小導(dǎo)管+全斷面”注漿加固。塌方段隧道拱頂埋深約18.8m，洞身范圍為全、強風化花崗巖地層，洞頂由上至下依次為人工填土、中粗砂、粉質(zhì)黏土、粗礫砂、礫質(zhì)黏土、全、強風化花崗巖。塌方段隧道采用臺階法施工，該段礦山法區(qū)間是為了處理西側(cè)某大廈基坑施工時留下的預(yù)應(yīng)力錨索，為盾構(gòu)空推通過提供條件。

西側(cè)某大廈基坑深22.25m，圍護及支護結(jié)構(gòu)采用“鉆孔灌注樁＋錨索”結(jié)構(gòu)。東側(cè)錨索豎向布置有4層，其中第三層部分錨索侵入電纜隧道，第四層錨索全部斜向下侵入洞身，侵入隧道洞頂以下最小約2.1m、最大約2.7m，穿越洞身長度最小約4.7m、最大約6.2m，且穿越洞身的錨索均為未注漿填充孔道的自由段。

施工單位通過電纜隧道豎井往北側(cè)施工礦山法隧道，采用臺階法施工，出現(xiàn)涌水突泥的斷面離豎井水平距離不到7m。

二、原因分析

險情發(fā)生后，參建單位和專家團隊立即進行現(xiàn)場踏勘、查閱施工圖紙和詢問現(xiàn)場施工情況，最后分析得出突水涌水的原因如下：

1.隧道圍巖周圍存在較大滲水通道和存在豐富的地下水是隧道坍塌的直接誘因。該段錨索處理段礦山法隧道地層軟弱，地下砂層較厚富存大量的地下水，隧道周邊某大廈施工基坑為樁錨支護，可能存在錨索灌漿不飽滿情況和電纜隧道注漿止水帷幕不完整共同影響，形成直通隧道掌子面的透水通道，隧道上方砂層地下水與隧道周圍滲水通道連通，地下水從隧道頂部涌入開挖面。水壓力逐漸增大擊穿隧道拱頂支護圈，引起隧道開挖面大量涌入泥水突泥，進而引起地面坍塌。

2.施工單位未根據(jù)隧道掌子面存在錨索的客觀條件，采取針對性措施確保注漿帷幕的完整性，另外施工單位對錨索處理段礦山法隧道風險認識不足，現(xiàn)場出現(xiàn)滲水征兆后，應(yīng)急處理不夠及時，措施不夠得當，導(dǎo)致隧道滲水事態(tài)擴大，以至隧道坍塌冒頂至地面，危及周邊建筑物、道路和地下管線等周邊環(huán)境安全。

3.應(yīng)急預(yù)案沒有針對性，應(yīng)急物資未在施工現(xiàn)場儲備，應(yīng)急演練流于形式走過場，演練后未進行分析總結(jié)并加以改進，搶險時應(yīng)急物質(zhì)供應(yīng)跟不上耽誤時間較久。

三、處理方案

針對地面坍塌隱蔽性、復(fù)雜性、突發(fā)性等特點，按照“技術(shù)先進、科學(xué)合理、經(jīng)濟適用”的原則，參建單位和專家團隊制定了以下處理方案。

1.檢查塌腔位置的管線是否受損，積極跟管線產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商，確定管線的保護和遷改方案。

2.地面空洞部分用C20混凝土回填，第一次先回填標高到地面下2.2m，恢復(fù)完成被損壞的雨污水管道后，再回填至地面標高下30cm，最后用回填土回填至原地面標高。

3.要求對塌陷周邊地面用地質(zhì)雷達探測，探測是否存在空洞，如有空洞要進行注漿處理。

4.險情處置過程中，監(jiān)測單位要嚴密跟蹤監(jiān)測。

5.洞內(nèi)坍塌體處理采用封閉止水，注漿加固方案。

四、處理工藝流程

對坍塌體的處理和后續(xù)錨索處理段施工依照以下原則：“穩(wěn)坍體、強支護、勤量測、速反饋”。施工單位對該電纜隧道的處理流程為“封堵坍塌體→坍塌體排水→坍塌體注漿加固→近塌方段拱頂加固→清除洞內(nèi)坍塌物，恢復(fù)施工”。其具體步驟為：

1.封堵坍塌體。坍塌處離豎井邊緣不足7米，部分坍塌體都已漫流到豎井里，利用豎井的圍護結(jié)構(gòu)把隧道的洞門用模板封堵，防治坍塌體流動。

2.坍塌體排水。在坍塌體兩側(cè)設(shè)置排水溝，利用豎井，將從坍塌體流出的水用水泵抽排水到地面排水管網(wǎng)。

3.坍塌體注漿加固。坍塌體含水率高達70%左右，首先采取封閉止水，注漿加固，注漿采用注雙液漿的形式。

4.近坍塌段拱頂加固。在近坍塌段拱部打入φ42mm超前小導(dǎo)管注雙液漿，按照斜向上20度角打入，環(huán)向間距0.5m，縱向間距0.5m，導(dǎo)管長度為4.5m。

5.清理洞內(nèi)坍塌物，施作超前小導(dǎo)管，采用型鋼鋼架支護，鋼架與壁面楔緊，相鄰鋼架連接緊密牢固，間距0.30m/榀，采用短進尺，人工開挖，完成涌水突泥段處理。

在涌水突泥段處理全過程中，參建各方做好值班值守，及時處理施工過程中出現(xiàn)的異常情況，監(jiān)理單位對每道工序要嚴格把關(guān)，做好隱蔽驗收工作，關(guān)鍵工序進行旁站。

五、處置效果

地面塌陷區(qū)域采用C20混凝土回填，共填充混凝土150方。對坍塌周邊地面進行地質(zhì)雷達探測，發(fā)現(xiàn)道路人行道塌陷區(qū)域附近地質(zhì)松散，采取了注漿處理。

第三方監(jiān)測顯示，經(jīng)注漿處理后，塌陷區(qū)及周邊地表變形穩(wěn)定，周邊建（構(gòu)）筑物、管線無異常情況。洞內(nèi)坍塌段采取加強支護措施，后續(xù)礦山法隧道施工掘進順利，未發(fā)生再次地面坍塌。

六、后續(xù)段錨索處理段的處理

后續(xù)錨索處理段施工要吸取涌水突泥事故的教訓(xùn)，要提高思想認識，加強施工安全措施，具體措施有：

1.電纜隧道臨近建筑物，該區(qū)域地下水位高，前期施工的錨索穿過電纜隧道，存在空腔或水囊，設(shè)計圖紙應(yīng)明確截排水和空腔（水囊）的處理措施。

2.建設(shè)、施工單位應(yīng)加強隧道沿線地下管線的實地調(diào)查，對年代久遠、破損、滲漏的地下管線等，特別是有錨索穿過的位置，要弄清楚錨索伸入的長度、數(shù)量，要結(jié)合實際采取風險防范措施。

3.施工單位應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，委托具備巖土工程物探測試檢測監(jiān)測專業(yè)資質(zhì)的單位采用地質(zhì)雷達等物探方式對隧道全線進行超前地質(zhì)預(yù)報，發(fā)現(xiàn)異常情況及時反饋，探測范圍要超出拱頂范圍3m，探測長度沿掘進方向不超過25m。

4.地質(zhì)情況復(fù)雜、圍巖變化較大或有空腔水囊的區(qū)段，監(jiān)理單位應(yīng)組織參建各方召開專題會議進行研究，明確是否需要補充勘察或其它處理措施。

施工單位后續(xù)加強了超前地質(zhì)預(yù)報和對空洞的處理措施。經(jīng)過近4個月的處治，采用短進尺、強支護、勤量測等措施，順利通過了80m長錨索處理段。從第三方監(jiān)測單位監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，隧道支護結(jié)構(gòu)拱頂沉降值為9mm，凈空收斂為10mm，符合規(guī)范要求。

七、結(jié)語

1.參建單位要牢固樹立安全發(fā)展理念，牢牢守住安全發(fā)展底線，舉一反三、毫不松懈抓好安全生產(chǎn)工作，認清事故危害的嚴重性，不斷強化自我的安全意識。

2.加強隧道沿線地下管線調(diào)查，特別是污水管道、燃氣管道、預(yù)應(yīng)力錨索等確切位置并進行連續(xù)監(jiān)測。

3.礦山法隧道開挖前應(yīng)進行地質(zhì)雷達掃描等超前地質(zhì)預(yù)報，了解前方地質(zhì)變化情況，及時作出施工方案調(diào)整。

4.當隧道涌水突泥災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)詳細了解災(zāi)害的發(fā)生過程，分析災(zāi)害發(fā)生的原因，尤其查明水的來源及與隧道周邊現(xiàn)有河道是否有水力聯(lián)系等，并分析處治的重難點，從而有針對性地制定處治措施，二次襯砌在不影響初支施工的前提下要盡快施工。

5.根據(jù)施工現(xiàn)場實際，按照應(yīng)急預(yù)案準備應(yīng)急物資，開展應(yīng)急演練，有效提高應(yīng)對突發(fā)事故的能力。

6.加強跟當?shù)亍暗胤擂k”的溝通聯(lián)系，掌握施工沿線地下管線探測、巡查的第一手資料。