地铁施工作业具有施工环境复杂、地下作业多、技术难度高、施工机械多、流动性大等特点, 经常会出现坍塌、水灾、机械伤害、爆炸等安全事故^[1]。施工现场安全事故的发生对人民生活产生重大影响, 政府相关部门、建设单位、施工单位、监理单位以及第三方监管部门都非常关注施工现场的安全问题^[2]。

为了减小地铁施工现场安全事故的影响, 一方面要在平时加强地铁施工安全管理, 减少事故发生;另一方面, 在险情或事故发生时, 要采取及时有效的应对措施, 最大限度地降低事故造成的损失^[3]。基坑开挖施工时, 在地下连续墙交界处特别是存在冷缝接头时涌水涌砂风险高, 事故预防也困难, 因此在险情出现时采取及时有效的应急抢险措施非常重要^[4]。因此, 本文以某市某地铁车站越江隧道为例, 介绍地铁隧道施工中地下连续墙出现涌水涌砂险情时, 结合工程的水文地质情况、施工现场实际和险情程度进行应急处理, 在查明水源及时反压封堵的基础上, 加强监测并通过降水井等工程处理措施消除险情^[5,6,7]。

某站越江隧道采用双向6车道公铁合建隧道方案, 道路主线隧道全长4 650m, 8条匝道总长2 770m。暗埋段基坑长约214m, 宽27～35m, 基坑开挖深度21～30m;围护结构采用1.2m厚地下连续墙64幅, 1m厚地下连续墙29幅, 深度均为55m;地下连续墙总计93幅, 地下连续墙接头形式采用H型钢接头。此外, E, F匝道和主线结构采用地下连续墙进行封堵, 地下连续墙厚1m、深55m。

F匝道于秦园路下方与主线分离后, 右转沿和平大道下方敷设, 于武昌车辆厂出地面。匝道主体结构里程范围FK0+042—FK0+610, 匝道基坑里程范围FK0+051.410—FK0+610, 基坑深24.1～0.94m, 基坑重要性等级为一级, 开挖宽度10.2～13.1m。F匝道平面位置如图1所示。

F匝道处属长江一级阶地全新统冲积区, 基坑从上往下地层依次为杂填土、素填土、粉质黏土、粉砂层、粉细砂层、强风化粉砂质泥岩层、弱胶结砾岩层。场地地下水分为上层滞水、松散岩类孔隙水及基岩裂隙水3种类型。上层滞水:主要赋存于两岸的人工填土中, 由大气降水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给, 水量有限;松散岩类孔隙水:补给主要来源于长江水;基岩裂隙水:主要赋存于中微风化基岩裂隙中, 主要由上覆含水层的下渗补给。孔隙式承压水受江水影响明显, 在1—3月承压水位较低, 承压水位一般为11.6～15.0m;7—9月承压水位较高, 承压水位一般为20.4～22.8m。

2017年4月2日14:30左右, 当基坑已开挖到底, 基坑底板垫层、底板防水层、防水垫层已施工完成时, 在三阳路隧道暗埋段基坑与F匝道基坑相接封堵地下连续墙处发生涌水现象, 涌水位置位于基坑底部右侧封堵墙底部与基坑地下连续墙相接处, 如图2所示。暗埋段右侧底板与隔断墙接缝处出现涌水险情后, 现场及时进行反压及注浆处理;2d后, F匝道侧底板与封堵墙之间出现涌水涌砂现象, 现场立即拆除暗埋段部分围堰进行泄压, F匝道侧采用水泥包施作临时封堵墙, 并在涌水涌砂处采用水泥包及瓜米石进行反压封堵, 之后按照专家意见在现场进行降水井 (共24口) 施工, 并继续在封堵墙两侧进行反压回填, 此时暗埋段侧出水为清水。降水井施工布置如图2所示。

4月9日17:00左右, 封堵墙两侧共24口降水井施工完成, 23口降水井持续降水, 此时坑内涌水量已减小。截至5月4日, 暗埋段与E匝道交接处主体结构全部完成。

1) F匝道结构施工完成已1年, 结构内降水井停止运行后, 导致匝道段地下水位恢复至正常水位, 而暗埋段基坑开挖过程中坑内持续降水, 水位位于底板以下, 导致封堵墙两侧水头差达18m以上, 两侧水头差大造成接缝涌水, 是这次事故的主要原因。

2) F匝道完工后, 坑内降水井已封孔, 导致在涌水后匝道侧无法进行降水削减水头, 以致涌水水量持续较大, 无法进行有效反压封堵。

3) 封堵墙与基坑围护地下连续墙为冷缝接头, 施工单位在破除基坑搅拌桩水泥土时, 承压水会从冷缝处涌出。

4) F匝道已完成结构与封堵墙之间存有缝隙, 导致在抢险过程中暗埋段反压压力增大时匝道侧底板施工缝处出现涌水涌砂现象, 增加抢险难度。

4月3—4日, 在险情发生后反压期间, 对周边地表、建筑物 (废弃民房、大门墩) 进行加密监测, 监测布点如图3所示。

险情段上方地表监测点S16-1～S16-5的监测频率为6次/d, 累计沉降变化情况时序曲线具体如图4所示, 从监测数据看, 险情发生时地表沉降变化较小, 最大累计值为下沉12.06mm, 累计沉降量没有超过预警值。

险情段附近建筑物监测点J1, J11, J12, J13的监测频率为6次/d, 累计沉降变化情况时序曲线具体如图5所示, 从监测数据看, 险情发生时周边建筑物沉降变化较小, 最大累计值为下沉9.97mm, 累计沉降量没有超过预警值。

由于反压效果不佳, 持续涌水 (未涌砂) , 4月5—15日监测单位进行周边环境测点增补, 扩大监测范围, 同时加密监测。监测布点如图6所示。

地表监测点D2到D4 2个断面的监测频率为7次/d, 累计沉降变化情况时序曲线如图7所示, 从监测数据看, 周边地表沉降4月7—12日下沉较明显, 最大累计值为下沉13.21mm, 主要由于坑外降水井开始降水导致, 但在4月15日后随着坑外降水漏斗稳定, 沉降趋于稳定, 累计沉降量没有超过预警值。

2017年4月6—15日抢险段两侧附近建筑物监测点J1～J4, J12, J13的监测频率为7次/d, 累计沉降变化情况时序曲线如图8所示, 从监测数据看, 周边建筑物沉降4月7—9日下沉较明显, 主要由于坑外降水井开始降水导致, 但在4月10日后随着坑外降水漏斗稳定, 沉降趋于稳定, 最大累计值为下沉14.99mm, 累计沉降量没有超过预警值。

抢险段两侧地下管线监测点东侧TR2～TR5、东侧PS2～PS5、西侧PS2、西侧PS5的监测频率为6次/d, 累计沉降变化情况时序曲线如图9所示, 从监测数据看, 周边建筑物沉降4月7—9日下沉较明显, 主要由于坑外降水井开始降水导致, 但在4月10日后随着坑外降水漏斗稳定, 沉降趋于稳定, 最大累计值为下沉15.53mm, 累计沉降量未超过预警值。

在一系列抢险工作后, 4月11日坑外降水井水位已稳定, 坑外注浆已全部完成, 周边环境监测数据无明显变化, 呈稳定趋势发展, 已具备恢复施工条件。在清理堆砌物观察涌水点有无再次涌水情况后, 开始破除下部地下连续墙进行底板及部分侧墙施工, 待底板完成后进行上部结构施工, 同时加强监测, 截至5月4日主体结构全部施工完成。具体流程为:堆砌物清理→下部封堵墙破除→垫层及防水施工→底板及部分侧墙施工→上部地下连续墙破除→剩余主体结构施工。在此期间, 地表沉降、周边建筑物沉降、周边地下管线沉降的累计沉降量均没有超过预警值, 且变形速率较小。

在长江一级阶地高砂性环境下的基坑开挖施工中, 地下连续墙交界处特别是存在冷缝接头时涌水涌砂风险高, 事故预防也困难, 因此事故发生后采取有效的应急抢险措施尤为重要^[4,8,9,10]。

1) 在不同施工单位交接区域易存在不熟悉交界位置工况情况, 要引起高度重视, 施工之间做好交底与协调工作, 熟悉对方单位的施工工况及工艺, 编制风险源清单。

2) 对于砂性地层高承压水的基坑地下连续墙, 特别是存在冷缝接头部位应提高警惕加强巡视, 基坑降水井加强降水并做好维护工作;同时, 对施工人员进行安全技术交底, 加强敏感部位管理。

3) 提前做好周边环境的排查工作, 特别是地下管线, 事故发生后积极配合管线单位清查管线安全情况, 以免事故发生后沉降过大引起渗漏或爆炸。

4) 要保证应急抢险工作及时有效, 事故一旦发生, 应立即采取应急预案, 有针对性地采取有效抢险措施, 保证应急物资补给及时。

5) 监测单位及时加密监测, 应对地下管线、建筑物、地表沉降等进行监测, 及时反馈监测信息。

6) 险情得到控制后, 后续施工需制订恢复施工方案, 施工时减小对基坑涌水部位的影响, 同时快施工、快封闭, 以防二次事故发生。