【摘 要】联络通道施工是地铁工程中的重大风险源之一，而位于江河底部的联络通道，更因其所处的特殊水文地质条件而风险陡增。由此，以上海轨道交通 8 号线隧道江底联络通道工程为实例，从冻结设计、冻结孔钻进、冻结运转和开挖构筑等方面，较系统地介绍了江底联络通道施工中的风险控制手段，为类似工程积累了施工经验。

【关键词】轨道交通 联络通道 风险控制 承压水

 

      上海市轨道交通 8 号线西藏南路站～周家渡站区间隧道联络通道及泵站位于黄浦江底部，距离浦西防汛墙约300 m，距离浦东防汛墙约 220 m，联络通道开挖面拱顶距黄浦江底约 12 m。

      联络通道位置的隧道上行线中心标高 - 25.328 m，下行线中心标高 - 25.329 m，上、下行线隧道中心线距离11.096 m。其结构由与隧道管片相接的喇叭口、直墙圆弧拱结构的水平通道及中部矩形集水井 3 个部分组成。喇叭口开挖尺寸约为 1.5 m（长）×4.7 m（宽）×5.0 m（高）；通道的开挖尺寸为 4.4 m（长）×3.5 m（宽）×4.4 m（高）；集水井开挖尺寸为 5.0 m（长）×3.5 m（宽）×4.3 m（深）。

      根据工程地质勘察报告，联络通道施工范围内土层主要为⑤_{1- 2}灰色黏土、⑥₁暗绿色黏土、⑦_{1- 1}草黄色黏质粉土，⑦_{1- 1}黏质粉土层又为承压含水层，承压水压力约为 0.27 MPa。

      联络通道所在位置的土层具有中压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点。其中，⑦_{1- 1}承压含水层，对隧道有突涌的破坏作用，同时在承压动水头压力下会发生流砂、崩塌现象，影响开挖面稳定。当盾构掘进至 689 环（联络通道钢管片位置为 684、685 环），螺旋机有涌水情况发生。盾构通过后，我们在联络通道前后各 10 环打设了双液浆环箍。在该地层内进行联络通道开挖构筑，须对土体进行稳妥、可靠的加固处理。

      冻结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及含水量特大、水头特高的地层。用冻结法加固土体，具有强度高、封水性好、安全可靠的优点，极适于本工程。

 

      由于在黄浦江底的⑦_{1- 1}层承压含水层中进行冻结孔的钻进工作，极易发生喷砂涌水，如无有效措施及时防范，易发生事故。另外，粉砂土层含水丰富，为强冻胀土层，在冻结过程中的强冻胀力会对隧道结构产生较大的破坏作用，又因其融化较快，对冻结壁的温度和强度的稳定性影响较大，所以开挖施工的风险较大。

      本工程在施工中，可将风险控制分为事前预控与事后补救两类：

      事前预控，即损失预防，是对风险项目采取各种预防措施以杜绝损失发生的可能，如冻结孔施工中的孔口密封装置。事后补救，也称损失控制，是指在风险损失已经不可避免地发生的情况下，通过种种针对性措施以遏制损失继续恶化或局限其扩展范围，使其不再蔓延或扩展，如安装安全应急门和集水井应急盖板。

      下面将通过江底联络通道施工的 4 个阶段来阐述承压水风险控制措施。

      按照冻土帷幕平均温度 - 10℃，冻土强度指标取单轴抗压强度 3.5 MPa、抗弯强度 1.8 MPa、抗剪强度 1.5 MPa，联络通道及泵站冻土帷幕厚度取 1.8 m。

      冻结孔一改原先单面打孔的施工工艺，采用两侧隧道打孔设计，并按上仰、近水平、下俯 3 种角度布置，以形成一个全封闭冻结加固区域。这样既可加强喇叭口、集水井底部等薄弱环节，又可避免集水井开挖时的割管现象。

      另外，我们在上行线侧喇叭口薄弱部位布置 3 排冻结孔，并在侧墙布置冷冻排管，同时在下行线隧道里增设了喇叭口部位和二侧墙的加强孔。冻结孔布置如图 1 所示。

      冻结孔施工前，我们在布孔范围内打若干 φ38 mm的小孔，以探测地层稳定情况，在确认了承压水层的压力降低后，才正式开孔。冻结孔开孔分两次施工，以此控制泥浆涌出。一次开孔用金刚石取芯钻头，开孔深度约 300 mm，不钻穿管片，然后安装孔口密封装置。钻孔时如发现泥水流失，需及时进行补浆。

      本工程孔口密封装置（图 2）是采用 φ127×7 mm的无缝钢管加工孔口管。具体安装方法为：我们先在孔口管上增设旁通阀，并根据钻孔情况，适时利用旁通阀进行卸压或注浆；然后将每个安装在混凝土管片上的孔口管，用 4 根膨胀螺栓连接；而在钢管片上的孔口管，则采用焊接的方法进行连接。另外，在进行钻孔施工时要安装闸阀和密封盒等防喷装置。

      为防止冻结施工孔时产生涌砂、涌水的现象，我们采用了强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进。施工时采用了 MD－50 型钻机跟管钻进，钻具以 φ89 mm×8 mm的冻结管作钻杆。因为底层的压力比较大，所以我们在前端的钻头上安装了单向阀，并利用高压水流辅助钻机钻进。

      在钻孔施工期间，为尽量减少泥水的流失，我们在每个孔钻进结束后都进行了跟踪注浆，并加密监测频率，所以整个钻孔施工过程中的注浆量达到了 30 m³。

      现场应配备 φ125 mm、φ109 mm等规格的木楔、2 m³的砂袋和 2 t 水泥（含少量速凝水泥）等抢险物资进行钻进施工。

      钻进过程中，应严格监测钻孔质量，钻进结束后，要及时对冻结孔进行测斜、打压试验，并复测其深度。钻孔偏斜要控制在 1%以内，终孔间距不得大于 1.2 m，否则应补孔。压力应控制在 0.8 MPa，稳定 30 min 后方为合格。

      （1） 将双回路高压电引至地面的高压配电箱，再引至隧道内的变压器上，必要时切换到备用电路；

      （2）在端头井储存循环水源，以备停水时应急之用；

      （3）现场设置两台套冷冻机组，必要时启动备用机组；

      （4）冻结过程中加强监测，要布置测温孔和泄压孔，并定期打开泄压孔进行泄压，以减少冻胀对管片的影响；

      （5）在两条隧道内联络通道两侧均应设置两榀预应力支架，以减少因冻胀对隧道产生的变形影响。

      先将 5 m³应急沙袋、3 t 应急水泥、2 罐液氮和原木若干堆放在工作面，再准备 1 台注浆泵、1 台搅拌桶、1 台电焊机、1 台注水泵、1 套氧气乙炔。

      （1）安全应急门

      安全应急门是考虑开挖构筑期间，一旦帷幕发生大量砂、水涌出或位移变形超值，在采取其它措施抢救无效的情况下，为确保隧道安全而使用的。安全门要求启闭方便，故本次安全门设计没有采用过去常用的水平左右关闭式，而是采用了垂直提升式，利用门扇自重就可以顺利地关闭，节约了关门的时间，亦不占用施工场地。

      使用安全应急门之前，应检查其密封性能，以确保在动水压力下安全门的密封止水（试验空气压力为 0.35 MPa）。

      （2）集水井应急盖板

      由于在承压水层中开挖集水井的施工风险极大，因此我们特别在集水井的上端安装了应急盖板（图 3），以起到集水井施工的安全保障作用。我们在通道结构施工时，还在通道两侧下部结构中预埋了 90 mm×90 mm的角钢。这样，当集水井开挖过程中发生险情时，可直接用钢板盖上，然后拧紧螺栓进行封闭（钢板上预留注浆阀门），并可以通过注浆阀向集水井内注浆封堵，然后继续冻结。

      在开挖施工过程中，应检测冻结帷幕的变形情况，并根据该情况及时调整开挖步距及临并支护方式。频率为 4 次/d，集水井部分为 6 次 /d。进行检测如出现冒砂、流水现象，应采取的针对措施有：（1）砂、水呈点滴状渗出时，应立即停止掘进，并采用液氮强制冻结；（2）砂、水渗出比较严重并呈现连续状态时，可采用应急砂袋等抢险物资及时充填开挖面，然后恢复冻结；（3）在以上措施都无效的情况下，关闭安全应急门，并通过安全应急门预留孔进行充压缩空气或进行注浆，以重新加强冻结，直至恢复开挖。

      为检验联络通道开挖工程中各相关单位对施工现场的危险源、应急预案和紧急情况处理流程，及对处理紧急情况的能力和程序的执行可操作性、有效性，我们在进行开挖施工前举行了一次抢险应急演练。演练内容如下：

      （1）高压线路停电，进行线路切换；

      （2）开挖面渗漏，在前期抢救无效情况下的紧急处理，关闭安全应急门；

      （3）冷冻机停电，启动备用机组切换运转，以检验双回路供电反应速度。

      通过演练，使施工人员熟悉了突发险情的处置程序，确保了在开挖施工过程中的万无一失。