寧波富水軟土地層聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工控制及試開挖涌水情況分析與處理

1、.寧波富水軟土地層聯(lián)絡(luò)通道開挖涌水情況案例分析李世佳 陳躍進(jìn)(寧波監(jiān)理部)1 工程概況1.1 工程概述【盛莫路站福慶北路站區(qū)間】隧道全長1003米（836環(huán)），其隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵房在左線隧道443環(huán)位置，聯(lián)絡(luò)通道所在位置的隧道中心高程為-17.564m，通道中心線間距12m，聯(lián)絡(luò)通道由與隧道管片相連的喇叭口、水平通道和泵站構(gòu)成。其中通道和喇叭口為直墻圓拱型結(jié)構(gòu)，泵站為矩型結(jié)構(gòu)，均采用二次支護(hù)方式。本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道位于寧穿路下方，距離聯(lián)絡(luò)通道中心最近的建筑物是混2層建筑，約為21米，距離梅墟港橋約32米,附近無重要管線。 圖1-1 【盛福區(qū)間】聯(lián)絡(luò)通道平面圖及斷面圖 該區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道由于受到節(jié)點工期

2、影響，為加快聯(lián)絡(luò)通道施工進(jìn)度，決定暫停右線盾構(gòu)掘進(jìn)施工，利用已貫通左線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工，在凍結(jié)期間，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)右線盾構(gòu)掘進(jìn)，待盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后，再進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道開挖施工。根據(jù)該進(jìn)度計劃安排，聯(lián)絡(luò)通道冷凍機(jī)組只能放置在盛莫路站中板上，再通過約600米長的鹽水管將鹽水輸送聯(lián)絡(luò)通道處冷凍管。1.2 工程地質(zhì)及水文條件聯(lián)絡(luò)通道處地面標(biāo)高約為+2.29m。聯(lián)絡(luò)通道施工深度范圍內(nèi)的土層自上而下主要為2-1層灰色淤泥、2-2層灰色淤泥質(zhì)粘土、1層灰色粉砂、2層灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂和1-2層灰色粉質(zhì)粘土，地層土質(zhì)較軟，自穩(wěn)能力差，其中1層灰色粉砂，2層灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂層極易造成涌水冒砂、隧道坍塌變形。 圖1

3、-2 【盛福區(qū)間】聯(lián)絡(luò)通道地質(zhì)剖面及地層物理力學(xué)指標(biāo)2開挖涌水情況1、2012年5月11日上午9點，【盛-福區(qū)間】聯(lián)絡(luò)通道開始拉鋼管片，12點，拉完第二塊（本次鋼管片一共分為六塊，拉開順序為左中、左上、左下、右中、右上、右下），在拉完左上部位鋼管片后，發(fā)現(xiàn)壁厚土體的右上部邊角位置出現(xiàn)一小股清水涌出；至13:30分拉完整個鋼管片后，該清水一直存在。 圖2-1第二塊鋼管片拉開后的情況2、下午14:00，開始對聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行開挖約30-50cm，發(fā)現(xiàn)該股清水中斷，15:00開始繼續(xù)試挖，該股清水繼續(xù)出現(xiàn)，但是沒有明顯增大趨勢，現(xiàn)場認(rèn)為該地層主要是3-1淤泥質(zhì)粉砂層和3-2淤泥質(zhì)粘土夾砂層，由于冷凍部位

4、中心位置不能完全凍住，為冷凍交圈范圍內(nèi)的積水，拉開鋼管片后，因壓力釋放，為“糖心”的積水釋放的原因，故繼續(xù)開挖。 圖2-2試挖時，水流中斷 圖2-3 繼續(xù)開挖時，水流繼續(xù)出現(xiàn)3、下午16:00，對于持續(xù)不斷的清水，現(xiàn)場采取插管引流措施，后發(fā)現(xiàn)該位置流水仍沒有明顯增大趨勢，現(xiàn)場繼續(xù)采取開挖?，F(xiàn)場插入探管，探明水流來源 圖2-4 繼續(xù)開挖，現(xiàn)場通過插入探管方式對水流來源進(jìn)行探明4、晚上約20:30，聯(lián)絡(luò)通道流水突然增大，出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，主要為清水，現(xiàn)場開始進(jìn)行搶險，此時開挖面最深處進(jìn)尺約100-150cm，現(xiàn)場采取主要措施為沙袋反壓，疏流、后用快干水泥封堵，水流無明顯減小趨勢，經(jīng)歷4小時堵漏措施無效

5、后，至5月12日02:00進(jìn)行開挖面填充并關(guān)閉安全防護(hù)門。 圖2-5 搶險情況圖片5、5月12日03:00，防護(hù)門關(guān)閉后，發(fā)現(xiàn)因搶險時強(qiáng)行關(guān)安全防護(hù)門，防護(hù)門右下角有所變形，有水在右下角滲出，同時現(xiàn)場通過安全門上的注漿孔向內(nèi)注入水泥漿，將門內(nèi)空隙填充，后又注入聚氨酯，確保安全門關(guān)閉密實。 圖2-6 后續(xù)注漿處理圖片3 涌水原因分析針對此次涌水事故先后進(jìn)行了二次事故分析會，通過現(xiàn)場實地看查及資料分析，主要意見有以下幾條：3.1 地下水原因A、因本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)期間，右線隧道還在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)及到達(dá)作業(yè)，并且右線盾構(gòu)到達(dá)后，雖然在盾構(gòu)始發(fā)到達(dá)后進(jìn)行注漿處理，但因交叉作業(yè)影響，沒有及時施工洞門圈梁，

6、經(jīng)檢查，【盛-福區(qū)間】左、右線始發(fā)及到達(dá)共4個端頭，有3個端頭存在較大滲水情況；該情況雖然沒有規(guī)范要求：當(dāng)在凍結(jié)構(gòu)筑物附近600m 范圍內(nèi)不得有大抽（滲）水時，或抽（滲）水量200 m3/h嚴(yán)重，但是不可避免的對本次凍結(jié)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)造成影響。B、本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道距離東側(cè)梅墟港橋約32米，從地址剖面圖上觀察，梅墟港河流底部為1-3淤泥質(zhì)粘土層，而聯(lián)絡(luò)通道位置主要1層灰色粉砂、2層灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂等透水性較強(qiáng)的微承壓水層，中間被2-1層灰色淤泥、2-2層灰色淤泥質(zhì)粘土等不透水層隔開，經(jīng)初步分析，梅墟港河流與聯(lián)絡(luò)通道位置地層不會發(fā)生水利聯(lián)系。但是，在本區(qū)間右線盾構(gòu)經(jīng)過該位置時，因梅墟港橋有4根橋樁侵

7、入隧道界限，曾在去年采取拔樁處理，拔樁后，雖然進(jìn)行了封堵處理，但是很難保證梅墟港河流不與聯(lián)絡(luò)通道位置1層灰色粉砂層已經(jīng)形成了水利通道。梅墟港橋樁基 圖3-1 盾構(gòu)始發(fā)及到達(dá)端頭滲水嚴(yán)重及梅墟港橋樁基處理可能封堵不到位根據(jù)以上兩點判斷：右線隧道頂部1層灰色粉砂層存在流動水體的可能較大，對凍結(jié)施工造成極大影響。而根據(jù)旁通道凍結(jié)法技術(shù)規(guī)程（上海市行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）中3.2條給出了指導(dǎo)意見：A、地層中的含水層自然和人為抽水后形成的地下水流速，當(dāng)超過一定限度（5m/d）時，將影響地層正常凍結(jié)。B、對凍結(jié)構(gòu)筑物附近的水源井應(yīng)進(jìn)行調(diào)查，收集水源井的用途、數(shù)量、方位、距離、深度，抽水層位及深度，抽水時間，日抽水量

8、以及抽水影響半徑等資料。C、當(dāng)在凍結(jié)構(gòu)筑物附近600m 范圍內(nèi)有大抽水量（600m3/h）的水源井時，或抽水量200 m3/h 的連續(xù)抽水，或有地下古河道，必須實測構(gòu)筑物穿過的含水層的地下水流向、流速并提供實測報告。筆者認(rèn)為，以上3條相關(guān)地下水流速的要求，值得我們在后續(xù)聯(lián)絡(luò)通道開挖前，對周邊地下水環(huán)境情況進(jìn)行調(diào)查和方案審查時借鑒。3.2 地質(zhì)原因在聯(lián)絡(luò)通道范圍內(nèi)取出水樣經(jīng)現(xiàn)場品嘗發(fā)現(xiàn)水質(zhì)苦澀，咸味很重。對取出水樣進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)氯離子含量為7392.3，超出正常氯離子含量的10倍，土體內(nèi)水中含鹽量偏高，造成冰點溫度降低，凍土強(qiáng)度下降。因前期勘察文件上沒有提供該位置的水質(zhì)情況，凍結(jié)法設(shè)計單位仍

9、然按照0冰點進(jìn)行設(shè)計，后經(jīng)過分析，如果出現(xiàn)本次氯離子含量超正常值10倍的情況，對應(yīng)設(shè)計冰點應(yīng)該為-1.5-2. 圖3-2 取出水質(zhì)化驗情況圖 圖3-3 C7測溫孔滲水情況 3.3 冷凍效果不佳事情發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場勘察，整個凍結(jié)壁可能存在問題：A、右線3根測溫管管溫度均較高，管片表面無結(jié)霜；B、保溫板未密貼，冷凍管保溫層未密貼，凍結(jié)效果不佳，檢查鋼管片空檔無充填；C、C7測溫孔有滲水現(xiàn)象，說明測溫孔位置未凍??；D、考慮到鹽水管道敷設(shè)較長，鹽水流量壓力較小，通過對上部鹽水支路流量檢測為2m3/h，小于設(shè)計要求3m3/h，證明鹽水支路頂部流量不足，影響頂部凍結(jié)效果。圖3-4 鹽水管道敷設(shè)600米長，影

10、響保溫及鹽水壓力根據(jù)以上原因分析，認(rèn)為大概在開挖面對側(cè)中上部1層灰色粉砂層，凍結(jié)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，即出現(xiàn)“開天窗”現(xiàn)象。4 處理措施及效果根據(jù)事故發(fā)生情況及原因分析，現(xiàn)場采取以下處理措施以增強(qiáng)凍結(jié)效果：1、通過管片上注漿孔對地層進(jìn)行注漿，對可能的“開天窗”現(xiàn)象進(jìn)行封堵處理。先在右線聯(lián)絡(luò)通道洞門（冷凍交圈內(nèi)側(cè)）左側(cè)底部和右側(cè)中上部各打一個注漿孔進(jìn)行注水泥漿，然后在右線鋼管片右側(cè)上部（冷凍交圈外側(cè)）打二個注漿孔進(jìn)行注水泥漿，先后一共注水泥19T，注漿壓力約為0.2-0.25Mpa。通過以上處理，左側(cè)安全門底部滲漏現(xiàn)象消失，右線c7測溫孔不出現(xiàn)滲漏。2、在右線交圈內(nèi)側(cè)增設(shè)凍結(jié)孔重新凍結(jié)本聯(lián)絡(luò)通道原凍結(jié)設(shè)

11、計方案中一共設(shè)置凍結(jié)孔67個(左線隧道54個包括4個透孔、右線隧道13個)。按上仰、水平、下俯三種角度布置在聯(lián)絡(luò)通道和泵站的四周；設(shè)置8個測溫孔（正面2個，背面6個）來監(jiān)測凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)壁平均溫度、凍結(jié)壁與隧道管片界面溫度和開挖區(qū)附近地層凍結(jié)情況；在與聯(lián)絡(luò)通道相接的隧道內(nèi)兩側(cè)非凍結(jié)處，設(shè)置4個泄壓孔（正面2個，背面2個）。具體情況如下圖： 圖4-1 【盛福區(qū)間】聯(lián)絡(luò)通道原設(shè)計凍結(jié)管立面透視圖及布孔位置圖5月18日-5月30日，根據(jù)冷凍法工點設(shè)計單位的冷凍管設(shè)計方案，直接在右線上部鋼管片上，增加凍結(jié)管，用來補(bǔ)強(qiáng)對面凍結(jié)薄弱環(huán)節(jié)。共補(bǔ)打孔14個，孔深為2米。補(bǔ)充2個測溫孔開挖面對側(cè)隧道補(bǔ)充14個

12、凍結(jié)孔補(bǔ)充底部2個凍結(jié)孔角度情況補(bǔ)充腰部以上12個凍結(jié)孔角度情況 圖4-2 開挖面對側(cè)隧道補(bǔ)充14個凍結(jié)孔位置圖及補(bǔ)充孔立面透視圖5月30日-6月29日，在原來凍結(jié)的基礎(chǔ)上，再次進(jìn)行補(bǔ)充凍結(jié)，并對10個測溫孔數(shù)據(jù)及凍結(jié)壁形成情況重新進(jìn)行凍結(jié)效果評價?，F(xiàn)鹽水去路溫度達(dá)到-30，回路溫度為-28，去回路溫差控制在2范圍內(nèi)，凍壁厚度達(dá)到2.838米，滿足設(shè)計要求2m的凍土厚度，凍結(jié)壁平均溫度為-10.6，低于設(shè)計要求-10。 圖4-3 補(bǔ)充效果凍結(jié)情況圖3、凍結(jié)過程中，增強(qiáng)鹽水流量。在管路中添加增壓泵進(jìn)行流量增壓， 圖4-3 鹽水干管中設(shè)置增壓泵4、在鋼管片將格倉內(nèi)用水泥砂漿充填及棉絮填充密實。 圖

13、4-4 鋼管片格柵填充水泥砂漿及棉絮5、在右線增加一排冷凍排管，以增大保溫面積，自隧道頂端到腰線位置處均用保溫板貼密實。為了判斷凍結(jié)效果在施工過程中還增加以下措施（1）在右線在鋼管片與凍土間增設(shè)測溫孔2個，分別設(shè)置在開挖面腰部并距離凍結(jié)孔內(nèi)側(cè)1米位置，溫度監(jiān)測頻率調(diào)整為2次/天。（2）在安全門上安裝壓力表，密切觀測土體的壓力變化。（3）由于凍結(jié)管管路達(dá)600米，在凍結(jié)管上安裝壓力表和流量計以監(jiān)測凍結(jié)管內(nèi)鹽水的壓力和流量。（4）在開挖前打設(shè)探孔，檢查凍結(jié)效果。通過采取以上加強(qiáng)凍結(jié)的措施，于6月25日6月27日打探孔檢查凍結(jié)效果，共打設(shè)探孔6個，其中左線探孔深度為5.19米（已基本形成透孔），右線

14、4個，深度分別為2米，1.5米，2.5米，4.3米，2米，經(jīng)檢查無線性流水，符合要求。 圖 3-13 水平探孔及取芯情況圖 通過重新對10個測溫孔數(shù)據(jù)、鹽水去路溫度（-30），回路溫度（-28）及土壓的變化情況分析計算和判斷，認(rèn)為凍結(jié)壁厚度達(dá)到2.838米，凍結(jié)壁平均溫度為-10.6，低于設(shè)計要求-10。 6月28日，通過再次開挖前節(jié)點驗收會議，經(jīng)檢查和驗收認(rèn)為達(dá)到開挖條件?，F(xiàn)場重新開啟安全門，進(jìn)行開挖施工，經(jīng)現(xiàn)場實地檢查及計算對比，凍結(jié)壁交圈厚度最大為2.9米-3.0米，基本與評估計算情況相符。開挖過程中，無任何滲水情況，7月5日，順利完成聯(lián)絡(luò)通道上部通道開挖。 圖3-13 再次開挖面施工情況5 經(jīng)驗教訓(xùn)通過本次案例的分析，在采用凍結(jié)法施工聯(lián)絡(luò)通道工作中應(yīng)注意以下幾方面問題1、在聯(lián)絡(luò)通道施工前應(yīng)充分了解和調(diào)查周邊的環(huán)境，了解地下水的含量、