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1、宁波富水软土地层联络通道开挖涌水情况案例分析李世佳 陈跃进(宁波监理部)1 工程概况1.1 工程概述【盛莫路站福庆北路站区间】隧道全长1003米（836环），其隧道联络通道及泵房在左线隧道443环位置，联络通道所在位置的隧道中心高程为-17.564m，通道中心线间距12m，联络通道由与隧道管片相连的喇叭口、水平通道和泵站构成。其中通道和喇叭口为直墙圆拱型结构，泵站为矩型结构，均采用二次支护方式。本区间联络通道位于宁穿路下方，距离联络通道中心最近的建筑物是混2层建筑，约为21米，距离梅墟港桥约32米,附近无重要管线。 图1-1 【盛福区间】联络通道平面图及断面图 该区间联络通道由于受到节点工期影
2、响，为加快联络通道施工进度，决定暂停右线盾构掘进施工，利用已贯通左线进行联络通道冻结孔施工，在冻结期间，继续进行后续右线盾构掘进，待盾构机到达后，再进行联络通道开挖施工。根据该进度计划安排，联络通道冷冻机组只能放置在盛莫路站中板上，再通过约600米长的盐水管将盐水输送联络通道处冷冻管。1.2 工程地质及水文条件联络通道处地面标高约为+2.29m。联络通道施工深度范围内的土层自上而下主要为2-1层灰色淤泥、2-2层灰色淤泥质粘土、1层灰色粉砂、2层灰色粉质粘土夹粉砂和1-2层灰色粉质粘土，地层土质较软，自稳能力差，其中1层灰色粉砂，2层灰色粉质粘土夹粉砂层极易造成涌水冒砂、隧道坍塌变形。 图1-
3、2 【盛福区间】联络通道地质剖面及地层物理力学指标2开挖涌水情况1、2012年5月11日上午9点，【盛-福区间】联络通道开始拉钢管片，12点，拉完第二块（本次钢管片一共分为六块，拉开顺序为左中、左上、左下、右中、右上、右下），在拉完左上部位钢管片后，发现壁厚土体的右上部边角位置出现一小股清水涌出；至13:30分拉完整个钢管片后，该清水一直存在。 图2-1第二块钢管片拉开后的情况2、下午14:00，开始对联络通道进行开挖约30-50cm，发现该股清水中断，15:00开始继续试挖，该股清水继续出现，但是没有明显增大趋势，现场认为该地层主要是3-1淤泥质粉砂层和3-2淤泥质粘土夹砂层，由于冷冻部位中
4、心位置不能完全冻住，为冷冻交圈范围内的积水，拉开钢管片后，因压力释放，为“糖心”的积水释放的原因，故继续开挖。 图2-2试挖时，水流中断 图2-3 继续开挖时，水流继续出现3、下午16:00，对于持续不断的清水，现场采取插管引流措施，后发现该位置流水仍没有明显增大趋势，现场继续采取开挖。现场插入探管，探明水流来源 图2-4 继续开挖，现场通过插入探管方式对水流来源进行探明4、晚上约20:30，联络通道流水突然增大，出现涌水现象，主要为清水，现场开始进行抢险，此时开挖面最深处进尺约100-150cm，现场采取主要措施为沙袋反压，疏流、后用快干水泥封堵，水流无明显减小趋势，经历4小时堵漏措施无效后
5、，至5月12日02:00进行开挖面填充并关闭安全防护门。 图2-5 抢险情况图片5、5月12日03:00，防护门关闭后，发现因抢险时强行关安全防护门，防护门右下角有所变形，有水在右下角渗出，同时现场通过安全门上的注浆孔向内注入水泥浆，将门内空隙填充，后又注入聚氨酯，确保安全门关闭密实。 图2-6 后续注浆处理图片3 涌水原因分析针对此次涌水事故先后进行了二次事故分析会，通过现场实地看查及资料分析，主要意见有以下几条：3.1 地下水原因A、因本区间联络通道冻结期间，右线隧道还在进行盾构掘进及到达作业，并且右线盾构到达后，虽然在盾构始发到达后进行注浆处理，但因交叉作业影响，没有及时施工洞门圈梁，经
6、检查，【盛-福区间】左、右线始发及到达共4个端头，有3个端头存在较大渗水情况；该情况虽然没有规范要求：当在冻结构筑物附近600m 范围内不得有大抽（渗）水时，或抽（渗）水量200 m3/h严重，但是不可避免的对本次冻结出现薄弱环节造成影响。B、本区间联络通道距离东侧梅墟港桥约32米，从地址剖面图上观察，梅墟港河流底部为1-3淤泥质粘土层，而联络通道位置主要1层灰色粉砂、2层灰色粉质粘土夹粉砂等透水性较强的微承压水层，中间被2-1层灰色淤泥、2-2层灰色淤泥质粘土等不透水层隔开，经初步分析，梅墟港河流与联络通道位置地层不会发生水利联系。但是，在本区间右线盾构经过该位置时，因梅墟港桥有4根桥桩侵入
7、隧道界限，曾在去年采取拔桩处理，拔桩后，虽然进行了封堵处理，但是很难保证梅墟港河流不与联络通道位置1层灰色粉砂层已经形成了水利通道。梅墟港桥桩基 图3-1 盾构始发及到达端头渗水严重及梅墟港桥桩基处理可能封堵不到位根据以上两点判断：右线隧道顶部1层灰色粉砂层存在流动水体的可能较大，对冻结施工造成极大影响。而根据旁通道冻结法技术规程（上海市行业技术标准）中3.2条给出了指导意见：A、地层中的含水层自然和人为抽水后形成的地下水流速，当超过一定限度（5m/d）时，将影响地层正常冻结。B、对冻结构筑物附近的水源井应进行调查，收集水源井的用途、数量、方位、距离、深度，抽水层位及深度，抽水时间，日抽水量以
8、及抽水影响半径等资料。C、当在冻结构筑物附近600m 范围内有大抽水量（600m3/h）的水源井时，或抽水量200 m3/h 的连续抽水，或有地下古河道，必须实测构筑物穿过的含水层的地下水流向、流速并提供实测报告。笔者认为，以上3条相关地下水流速的要求，值得我们在后续联络通道开挖前，对周边地下水环境情况进行调查和方案审查时借鉴。3.2 地质原因在联络通道范围内取出水样经现场品尝发现水质苦涩，咸味很重。对取出水样进行化学分析，发现氯离子含量为7392.3，超出正常氯离子含量的10倍，土体内水中含盐量偏高，造成冰点温度降低，冻土强度下降。因前期勘察文件上没有提供该位置的水质情况，冻结法设计单位仍然
9、按照0冰点进行设计，后经过分析，如果出现本次氯离子含量超正常值10倍的情况，对应设计冰点应该为-1.5-2. 图3-2 取出水质化验情况图 图3-3 C7测温孔渗水情况 3.3 冷冻效果不佳事情发生后，经现场勘察，整个冻结壁可能存在问题：A、右线3根测温管管温度均较高，管片表面无结霜；B、保温板未密贴，冷冻管保温层未密贴，冻结效果不佳，检查钢管片空档无充填；C、C7测温孔有渗水现象，说明测温孔位置未冻住；D、考虑到盐水管道敷设较长，盐水流量压力较小，通过对上部盐水支路流量检测为2m3/h，小于设计要求3m3/h，证明盐水支路顶部流量不足，影响顶部冻结效果。图3-4 盐水管道敷设600米长，影响
10、保温及盐水压力根据以上原因分析，认为大概在开挖面对侧中上部1层灰色粉砂层，冻结出现薄弱环节，即出现“开天窗”现象。4 处理措施及效果根据事故发生情况及原因分析，现场采取以下处理措施以增强冻结效果：1、通过管片上注浆孔对地层进行注浆，对可能的“开天窗”现象进行封堵处理。先在右线联络通道洞门（冷冻交圈内侧）左侧底部和右侧中上部各打一个注浆孔进行注水泥浆，然后在右线钢管片右侧上部（冷冻交圈外侧）打二个注浆孔进行注水泥浆，先后一共注水泥19T，注浆压力约为0.2-0.25Mpa。通过以上处理，左侧安全门底部渗漏现象消失，右线c7测温孔不出现渗漏。2、在右线交圈内侧增设冻结孔重新冻结本联络通道原冻结设计
11、方案中一共设置冻结孔67个(左线隧道54个包括4个透孔、右线隧道13个)。按上仰、水平、下俯三种角度布置在联络通道和泵站的四周；设置8个测温孔（正面2个，背面6个）来监测冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁与隧道管片界面温度和开挖区附近地层冻结情况；在与联络通道相接的隧道内两侧非冻结处，设置4个泄压孔（正面2个，背面2个）。具体情况如下图： 图4-1 【盛福区间】联络通道原设计冻结管立面透视图及布孔位置图5月18日-5月30日，根据冷冻法工点设计单位的冷冻管设计方案，直接在右线上部钢管片上，增加冻结管，用来补强对面冻结薄弱环节。共补打孔14个，孔深为2米。补充2个测温孔开挖面对侧隧道补充14个冻
12、结孔补充底部2个冻结孔角度情况补充腰部以上12个冻结孔角度情况 图4-2 开挖面对侧隧道补充14个冻结孔位置图及补充孔立面透视图5月30日-6月29日，在原来冻结的基础上，再次进行补充冻结，并对10个测温孔数据及冻结壁形成情况重新进行冻结效果评价。现盐水去路温度达到-30，回路温度为-28，去回路温差控制在2范围内，冻壁厚度达到2.838米，满足设计要求2m的冻土厚度，冻结壁平均温度为-10.6，低于设计要求-10。 图4-3 补充效果冻结情况图3、冻结过程中，增强盐水流量。在管路中添加增压泵进行流量增压， 图4-3 盐水干管中设置增压泵4、在钢管片将格仓内用水泥砂浆充填及棉絮填充密实。 图4
13、-4 钢管片格栅填充水泥砂浆及棉絮5、在右线增加一排冷冻排管，以增大保温面积，自隧道顶端到腰线位置处均用保温板贴密实。为了判断冻结效果在施工过程中还增加以下措施（1）在右线在钢管片与冻土间增设测温孔2个，分别设置在开挖面腰部并距离冻结孔内侧1米位置，温度监测频率调整为2次/天。（2）在安全门上安装压力表，密切观测土体的压力变化。（3）由于冻结管管路达600米，在冻结管上安装压力表和流量计以监测冻结管内盐水的压力和流量。（4）在开挖前打设探孔，检查冻结效果。通过采取以上加强冻结的措施，于6月25日6月27日打探孔检查冻结效果，共打设探孔6个，其中左线探孔深度为5.19米（已基本形成透孔），右线4
14、个，深度分别为2米，1.5米，2.5米，4.3米，2米，经检查无线性流水，符合要求。 图 3-13 水平探孔及取芯情况图 通过重新对10个测温孔数据、盐水去路温度（-30），回路温度（-28）及土压的变化情况分析计算和判断，认为冻结壁厚度达到2.838米，冻结壁平均温度为-10.6，低于设计要求-10。 6月28日，通过再次开挖前节点验收会议，经检查和验收认为达到开挖条件。现场重新开启安全门，进行开挖施工，经现场实地检查及计算对比，冻结壁交圈厚度最大为2.9米-3.0米，基本与评估计算情况相符。开挖过程中，无任何渗水情况，7月5日，顺利完成联络通道上部通道开挖。 图3-13 再次开挖面施工情况5 经验教训通过本次案例的分析，在采用冻结法施工联络通道工作中应注意以下几方面问题1、在联络通道施工前应充分了解和调查周边的环境，了解地下水的含量、流动性、氯离子含量及周边的施工情况，有条件的应重新进行补充勘探。2、在施工中应考虑到敷设的盐水管路长度、压力、流量对冻结效果的影响。3、由于钢管片和混凝土管片散热系数较高，容易造成与土体交接位置冻结效果不好，现场往往容易忽视对钢管片的填充，以及保温层与管片间并不密贴，空鼓很大。现场时应对该位置的处理引起重视。4、由于盐水管道敷设较长，管道内存在大量气体情况，应及时排除气体，避免影响盐水循环效果。5、安全防护门一要安装安全可靠，开启和关闭灵活。