盾构隧道涌水涌沙施工事故处理措施

田茂海

（太原市轨道交通发展有限公司，山西 太原 030000）

自1969年10月中国首条地铁（北京地铁1期工程）投运以来，地铁以其安全、准时、高速度、大运量、低污染等优点获得各级政府及市民的广泛关注。截至2018年底，全国共有在建地铁线路258条（段），总计6374km，预计投资额达42688.5亿元[1]。但是，由于地铁建造深度增加，地下情况愈加复杂，地铁施工事故频次渐多。城市轨道施工事故可能造成极大的经济损失，造成较为恶劣的社会影响，有必要对城市轨道施工事故进行有效预防及科学治理。对此，国内外研究学者进行了大量的研究，丁烈云[2]首次应用信息技术，进行地铁工程施工安全风险控制，便于及时有效地采取施工控制和应急措施；胡群芳[3]收集了2003—2011年我国地铁隧道施工事故数据，为风险管理实施提供了基础资料，并为我国地铁建设事故防范提供参考；高丙丽[4]提出基于模糊综合评判法，确定不同管线的风险等级，给出不同安全风险等级的管线保护措施，建立地铁施工邻近管线安全风险评估体系，为管线安全管理控制提供了可靠依据。

1 隧道事故处理流程分析

文章的研究仅针对盾构隧道出现事故后的后续应急处理手段，并未涉及隧道修建过程中的施工规范及事故预防等方面。隧道事故处理流程如图1所示。从图中可以看出，盾构隧道挖掘出现事故（涌水涌沙）后，首先需要进行抢险救灾，防止地面坍塌、周边建筑物倾斜等灾害恶化问题；同时，第一时间组织专家对灾害原因进行分析，根据分析结果对事故抢险手段进行针对性指导。在抢险救灾过程中，同时进行抢险过程中的监测（地面沉降、隧道变形等），用以指示抢险救灾的效果。事故表征现象（涌水涌沙）基本消失，且监测数据稳定后，抢险过程结束。事故的发生可能对隧道质量产生较大的影响，因此为了灾后隧道的使用能力，对隧道进行灾后检测及安全性评价。通过检测结果确定隧道的适用性评定，通过安全性计算结果确定隧道的安全性评定，综合确定隧道的性能。当灾后隧道性能满足设计要求时，隧道可正常使用；当灾后隧道性能低于设计要求时，隧道需要对评价较低的检测项进行针对性修复。在隧道修复完毕且稳定一段时间后，对隧道进行加固效果检测，主要包括焊缝质量检测、化学螺栓拉拔力检测、钢板及管片黏结质量检测等不同的检测项。根据检测结果对隧道加固效果进行评价，若加固效果符合规范要求，则加固后隧道可正常投产使用，事故处理完毕。

图1 隧道事故处理流程

2 太原某隧道事故处理工程应用

上文描述的事故处理流程是根据太原某隧道事故总结而来，并在太原事故中进行了工程应用。为了对该事故处理流程适用性及针对性进行详细了解，文章首先介绍太原某隧道所处地质状况及事故的简单描述。太原某隧道主要穿越的地层为黏质粉土、砂质粉土、粉细砂。该隧道右线洞门出现涌水涌砂险情，短时间内涌水涌砂量迅速增大，造成右线区间第619环管片变形，随着涌水涌砂量增加，右线区间第620环管片与第619环管片形成明显错台，如图2所示。

2.1 抢险救灾关键技术及过程控制

盾构隧道挖掘出现事故（涌水涌沙）后，首先需要进行抢险救灾。现有的针对涌水涌沙的施工技术相对成熟，主要有超前导洞排水减压、注浆法堵水等，需要根据具体情况针对性选用，并根据专家灾害原因分析对事故抢险手段进行针对性指导。另外，在抢险过程中需要在抢险救灾过程中，同时进行抢险过程中的监测，主要监测项目有地表及建筑物沉降、深部点沉降、隧道收敛及错台、隧道拱顶及线型等项目。监测数据可以表明事故的影响程度，并指示抢险救灾的效果，在监测数据基本稳定后，抢险救灾过程基本结束。另外，监测数据是事故后进行数值分析的重要基础。

图2 隧道事故现场图

例如，在太原某隧道事故发生后，轨道公司立即组织了相关单位及全线有经验的专家进行事故原因分析。经分析，由于隧道区段处在高灵敏地层且采用了钢套筒接收新工艺等因素，进而引发涌水涌泥突发事件，导致隧道下卧土体被掏空，衬砌环出现不均匀沉降和结构遭到破损。根据原因分析结果，针对性地采取相应手段进行抢险救灾，采取“涌水点反压+地面引孔注浆+隧道内径向注浆”堵漏等措施。另外，监测单位对隧道上方地表及临近的建筑物进行加密监测，如图3所示。从图中可以看出，险情发生后临近的建筑物发生明显沉降（＞13mm），说明隧道涌水涌沙对周边地层带来明显损失。地面注浆后周边建筑物沉降得到明显控制，监测数据趋于稳定，抢险救灾过程结束。

图3 险情发生(左)及注浆后(右)地表沉降数据

2.2 事故后隧道现状检测及安全性评定

在盾构隧道发生事故后，管片间发生错台，连接螺栓存在拉伸，管片受到压缩破损，隧道整体存在线型偏差，隧道表面存在破损。这一系列的病害可能导致隧道整体质量不符合设计要求，有必要对灾害后隧道现状进行检测。根据太原地区现场实际情况，隧道现状检测主要工作如表1所示。

表1 隧道检测工作任务及目的

基于区间隧道经历的事故及现状检测数据，区间隧道结构安全性分析计算包括隧道结构的原设计工况和现状工况。原设计工况包括原设计正常运营工况、正常施工工况，两种工况下分别对衬砌结构环内承载力与裂缝进行校核。现状工况分别对现状下衬砌环安全性与环缝安全性进行评定，考虑出现环间错台、环缝破损以及周边地层改变后的结构安全性和使用性。最后，基于现场检测结果与计算校核结果，分别对结构安全性与正常使用性进行评级[5-8]。评级标准如表2所示。根据评级结果，可以对后续修复过程进行指导，评级结果为A级的隧道项目符合规范要求，不必采取措施；评级结果为B级的隧道项目略低于规范要求，不明显影响使用，可不采取措施；评级结果为C级的隧道项目不符合规范要求，明显影响正常使用，必须采取措施进行加固。

2.3 隧道不良状况修复加固

根据结构安全性与正常使用性评级结果，针对性地采取措施对评级结果较低的隧道进行维护加固。维护加固的措施一般有地面空洞注浆、管片局部加固、环间内张钢圈、内黏钢板加固等措施。在太原某隧道事故中，采取地面、洞内注浆等工程措施，改善隧道结构的受力状态，稳定隧道结构。但检测及安全性评定结果表明结构环间抗剪安全储备降低，结构使用性受到影响，应进行必要的修复处理。针对不同的受损情况，分别采取了不同的修复措施。

例如，对于安全性为B级的衬砌环（618～621环），鉴于其管片混凝土和部分连接螺栓受损，安全储备降低，采用内张钢圈法进行结构整体加固处理；对于安全性为C级的环缝，采用沿隧道环向黏结钢板的方式进行环间抗剪加固，如图4所示。

表2 安全性及使用性分级标准

图4 隧道环向黏结钢板现场图

2.4 隧道修理后检测

为掌握隧道结构修理后的健康状态，需要在加固一段时间（隧道加固稳定）后对受损区间隧道修复后的加固质量进行检测，确保修复后的隧道结构质量满足设计要求。太原某隧道加固质量检测项目包括隧道洞径测量、焊缝质量检测、钢板及管片黏结质量检测、化学锚栓拉拔力检测。不同的检测项目对应不同的隧道状态数据，例如通过隧道洞径测量确定隧道变形数据，通过焊缝质量检测确定焊缝表面或内部的裂纹、气孔、夹渣缺陷，通过化学锚栓拉拔力检测锚固强度。通过这些数据评价隧道加固情况，若加固情况较差，需要重新进行加固。通常加固情况满足设计要求，隧道即可正常使用。

3 结束语

文章在分析太原某隧道事故的基础上，形成了盾构隧道事故后的一般处理流程，并且将事故处理流程应用于该太原隧道事故处理过程中，得到的主要结论及认识如下：（1）盾构隧道事故（涌水涌沙）后一般经过原因分析、抢险救灾、过程监测、事后检测、加固修复、修复后检测等流程。通过过程监测确定抢险救灾的效果并对其进行指导，通过事后检测确定灾后隧道结构的质量，通过修复后检测确定加固修复效果。通过一系列流程相互关联，形成了从盾构隧道事故发生到解决的完整处理流程。（2）将形成的盾构隧道事故处理流程应用在太原某事故隧道中，成功解决了太原某隧道事故。该工程应用充分证明盾构隧道事故处理流程较为可靠，可以为其余隧道事故提供借鉴。