(整理)30寧波富水軟土地層聯(lián)絡通道冷凍法施工控制及試開挖涌水情況分析與處理.

1、精品文檔精品文檔寧波富水軟土地層聯(lián)絡通道開挖涌水情況案例分析李世佳陳躍進（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 10031003 米（836836 環(huán)）,其隧道聯(lián)絡通道及泵房在左線隧道443443環(huán)位置，聯(lián)絡通道所在位置的隧道中心高程為-17.564m-17.564m，通道中心線間距 12m12m，聯(lián)絡通道由與隧道管片相連的喇叭口、水平通道和泵站構成。其中通道和喇叭口為直墻圓拱型結構，泵站為矩型結構，均采用 二次支護方式。本區(qū)間聯(lián)絡通道位于寧穿路下方，距離聯(lián)絡通道中心最近的建筑物是混2 2 層建筑，約為 2121 米，距離梅墟港橋約 3232 米，附近無

2、重要管線。圖 1-1【盛福區(qū)間】聯(lián)絡通道平面圖及斷面圖該區(qū)間聯(lián)絡通道由于受到節(jié)點工期影響，為加快聯(lián)絡通道施工進度，決定暫停右線盾構掘進施工，利用已貫通左線進行聯(lián)絡通道凍結孔施工，在凍結期間，繼續(xù)進行后續(xù)右線盾構掘進， 待盾構機到達后，再進行聯(lián)絡通道開挖施工。 根據(jù)該進度計劃安排， 聯(lián)絡通道冷凍機組只能放置在盛莫路站中板上，再通過約 600600 米長的鹽水管將鹽水輸送聯(lián)絡通道處冷凍管。1.2 工程地質及水文條件聯(lián)絡通道處地面標高約為 +2.29m+2.29m。聯(lián)絡通道施工深度范圍內(nèi)的土層自上而下主要為2-12-1 層灰色淤泥、2-22-2 層灰色淤泥質粘土、1 1 層灰色粉砂、2 2 層灰色粉

3、質粘土夾粉砂和1-21-2 層灰色粉質粘土，地層土質較軟，自穩(wěn)能力差，其中1 1 層灰色粉砂，2 2 層灰色粉質粘土夾粉砂層極易造成涌水冒砂、精品文檔精品文檔隧道坍塌變形。精品文檔精品文檔圖 1-2【盛福區(qū)間】聯(lián)絡通道地質剖面及地層物理力學指標2 開挖涌水情況1 1、20122012 年 5 5 月 1111 日上午 9 9 點，【盛- -福區(qū)間】聯(lián)絡通道開始拉鋼管片， 1212 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 13:3013:30 分拉完整個鋼管片后，該清水一直

4、存在。圖 2-1 第二塊鋼管片拉開后的情況2 2、下午 14:0014:00,開始對聯(lián)絡通道進行開挖約30-50cm30-50cm，發(fā)現(xiàn)該股清水中斷，15:0015:00 開始繼續(xù)試挖，層號巖土名稱鱷性標靜止數(shù)IS土粒ttl7LKk也基力臺直水平土飆對皇苴Ml粘土&52 75Q蒯3D對2542 2UE-W3.40E-0622 130牝北.917.1 2.751.36365661.S8.90E-061.1TE-OT13 12.6Q.62艇S6.72.T6L.65&55.51.$工期5.0OB-C6L0對0.56:一:451T 2 2.741.2T16D661.94.70B-08

5、7.2OE-0TT13 12.10.6224.1幌22.6669790161660.00025531.10148土吳撈砂5.3Lil2 6985122.S3.O9E-O50.K0Q41919.0.S閔.12 72Q 966SD13731 43E-OTl.eaE-crr16 15.80.5粘土33.8117.6 2.751.12675111B155.Q0H38B.COE-D816 1.1.8D.5靱 粉M粘土3?.181 720刪LOOL336詆I.04K7l.WE-CfT戊(J.S牯土24.2717.3 2.751.22751315316 11.5D.4箱出帖土45.27 17.82.71-北

6、11029.1精品文檔精品文檔該股清水繼續(xù)出現(xiàn)，但是沒有明顯增大趨勢，現(xiàn)場認為該地層主要是3-13-1 淤泥質粉砂層和 3-23-2 淤泥質粘土夾砂層，由于冷凍部位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。精品文檔精品文檔3 3、下午 16:0016:00,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。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行探明4 4、晚上約 20:3020:30，聯(lián)絡通道流水突然增大，出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，主要為清水，現(xiàn)場開始進行搶險，此時 開

7、挖面最深處進尺約 100-150cm100-150cm，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 4小時堵漏措施無效后，至 5 5 月 1212 日 02:0002:00 進行開挖面填充并關閉安全防護門。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)現(xiàn)場插入探管，探明水流來源精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔5 5、5 5 月 1212 日 03:0003:00,防護門關閉后，發(fā)現(xiàn)因搶險時強行關安全防護門，防護門右下角有所變形，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，確保安全門關閉密

8、實。3 涌水原因分析針對此次涌水事故先后進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 A、 因本區(qū)間聯(lián)絡通道凍結期間，右線隧道還在進行盾構掘進及到達作業(yè)，并且右線盾構到達后，雖然在盾構始發(fā)到達后進行注漿處理，但因交叉作業(yè)影響，沒有及時施工洞門圈梁，經(jīng)檢查，【盛- -福區(qū)間】左、右線始發(fā)及到達共 4 4 個端頭，有 3 3 個端頭存在較大滲水情況；該情況雖然沒有規(guī)范要求：當在 凍結構筑物附近 600m600m 范圍內(nèi)不得有大抽（滲）水時，或抽（滲）水量 200200 m3/hm3/h 嚴重，但是不可避 免的對本次凍結出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)造成影響。B B、 本

9、區(qū)間聯(lián)絡通道距離東側梅墟港橋約3232 米，從地址剖面圖上觀察，梅墟港河流底部為1-31-3 淤泥質粘土層，而聯(lián)絡通道位置主要1 1 層灰色粉砂、2 2 層灰色粉質粘土夾粉砂等透水性較強的微承壓水層，中間被2-12-1 層灰色淤泥、2-22-2 層灰色淤泥質粘土等不透水層隔開，經(jīng)初步分析，梅墟港河流 與聯(lián)絡通道位置地層不會發(fā)生水利聯(lián)系。但是，在本區(qū)間右線盾構經(jīng)過該位置時，因梅墟港橋有 4 4 根橋樁侵入隧道界限，曾在去年采取拔樁處理，拔樁后，雖然進行了封堵處理，但是很難保證梅墟港河流不與聯(lián)絡通道位置1 1 層灰色粉砂層已經(jīng)形成了水利通道。圖 2-5搶險情況圖片圖 2-6 后續(xù)注漿處理圖片精品文

10、檔精品文檔圖 3-1 盾構始發(fā)及到達端頭滲水嚴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 1 層灰色粉砂層存在流動水體的可能較大，對凍結施工造成極大影響。而根據(jù)旁通道凍結法技術規(guī)程（上海市行業(yè)技術標準）中 3.23.2 條給出了指導意見：A A、 地層中的含水層自然和人為抽水后形成的地下水流速，當超過一定限度（5m/d5m/d ）時，將影響地 層正常凍結。B B、 對凍結構筑物附近的水源井應進行調查，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，日抽水量以及抽水影響半徑等資料。C C、 當在凍結構筑物附近 600m600m 范圍內(nèi)有大抽水量（60

11、0m3/h600m3/h）的水源井時，或抽水量200200 m3/hm3/h 的 連續(xù)抽水，或有地下古河道，必須實測構筑物穿過的含水層的地下水流向、流速并提供實測報告。筆者認為，以上 3 3 條相關地下水流速的要求，值得我們在后續(xù)聯(lián)絡通道開挖前，對周邊地下水環(huán)境情況進行調查和方案審查時借鑒。3.2 地質原因在聯(lián)絡通道范圍內(nèi)取出水樣經(jīng)現(xiàn)場品嘗發(fā)現(xiàn)水質苦澀，咸味很重。對取出水樣進行化學分析，發(fā) 現(xiàn)氯離子含量為 7392.37392.3，超出正常氯離子含量的1010 倍，土體內(nèi)水中含鹽量偏高，造成冰點溫度降低,凍土強度下降。因前期勘察文件上沒有提供該位置的水質情況，凍結法設計單位仍然按照0 0C 冰

12、點進行設計，后經(jīng)過分析，如果出現(xiàn)本次氯離子含量超正常值1010 倍的情況，對應設計冰點應該為 -1.5-2-1.5-2 C . .3.3 冷凍效果不佳事情發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場勘察，整個凍結壁可能存在問題:硼102梅墟港橋樁基開tr 活1W-2ELtn12r時704 750.0025.8U62卻I.D :46811CJ3*2.2就51曲-iaa.44,761. D11520.00.00OLD0.000-0aw0-D魯計矽IEmooAr34r5G掘1Z.7E精品文檔精品文檔A A、右線 3 3 根測溫管管溫度均較高，管片表面無結霜；精品文檔精品文檔B B、 保溫板未密貼，冷凍管保溫層未密貼，凍結效果不佳

13、，檢查鋼管片空檔無充填；C C、 C7C7 測溫孔有滲水現(xiàn)象，說明測溫孔位置未凍?。籇 D、 考慮到鹽水管道敷設較長， 鹽水流量壓力較小， 通過對上部鹽水支路流量檢測為 要求 3m3m3/h/h，證明鹽水支路頂部流量不足，影響頂部凍結效果。圖 3-4鹽水管道敷設 600 米長，影響保溫及鹽水壓力根據(jù)以上原因分析，認為大概在開挖面對側中上部1 1 層灰色粉砂層，凍結出現(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凍結效果：1 1、通過管片上注漿孔對地層進行注漿，對可能的“開天窗”現(xiàn)象進行封堵處理。先在右線聯(lián)絡通道洞門（冷凍交圈內(nèi)側）左側

14、底部和右側中上部各打一個注漿孔進行注水泥漿，然后在右線鋼管片右側上部（冷凍交圈外側）打二個注漿孔進行注水泥漿，先后一共注水泥19T19T，注漿壓力約為 0.2-0.25Mpa0.2-0.25Mpa。通過以上處理，左側安全門底部滲漏現(xiàn)象消失，右線c7c7 測溫孔不出現(xiàn)滲漏。2 2、在右線交圈內(nèi)側增設凍結孔重新凍結本聯(lián)絡通道原凍結設計方案中一共設置凍結孔 6767 個（左線隧道 5454 個包括 4 4 個透孔、右線隧道 1313 個）。按上仰、水平、下俯三種角度布置在聯(lián)絡通道和泵站的四周；設置8 8 個測溫孔（正面 2 2 個，背面 6 6 個）來監(jiān)測凍結壁厚度、凍結壁平均溫度、凍結壁與隧道管片

15、界面溫度和開挖區(qū)附近地層凍結情況；在與聯(lián)絡通道相接的隧道內(nèi)兩側非凍結處，設置 4 4 個泄壓孔（正面 2 2 個，背面 2 2 個）。具體情況如下圖：2m2m3/h/h，小于設計精品文檔精品文檔FT1圖 4-1【盛福區(qū)間】聯(lián)絡通道原設計凍結管立面透視圖及布孔位置圖5 5 月 1818 日-5-5 月 3030 日，根據(jù)冷凍法工點設計單位的冷凍管設計方案，直接在右線上部鋼管片上，增 加凍結管，用來補強對面凍結薄弱環(huán)節(jié)。共補打孔1414 個，孔深為 2 2 米。精品文檔精品文檔5 5 月 3030 日-6-6 月 2929 日，在原來凍結的基礎上，再次進行補充凍結，并對1010 個測溫孔數(shù)據(jù)及凍結

16、壁形成情況重新進行凍結效果評價。現(xiàn)鹽水去路溫度達到-30-30 C,回路溫度為-28-28C，去回路溫差控制在 2 2C范圍內(nèi)，凍壁厚度達到2.8382.838 米，滿足設計要求 2m2m 的凍土厚度，凍結壁平均溫度為-10.6-10.6 C,低于設計要求-10-10C。補充 2 個測溫開挖面對側隧道補孔TC充 14 個凍結孔FJilU.LmJ補充底部 2 個凍結孔角度情況補充腰部以上12個凍結孔角度情況精品文檔精品文檔圖 4-3補充效果凍結情況圖3 3、凍結過程中，增強鹽水流量。在管路中添加增壓泵進行流量增壓，圖 4-3鹽水干管中設置增壓泵4 4、在鋼管片將格倉內(nèi)用水泥砂漿充填及棉絮填充密實

17、。圖 4-4 鋼管片格柵填充水泥砂漿及棉絮5 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。為了判斷凍結效果在施工過程中還增加以下措施精品文檔精品文檔(1(1 )在右線在鋼管片與凍土間增設測溫孔2 2 個，分別設置在開挖面腰部并距離凍結孔內(nèi)側1 1 米位置,精品文檔精品文檔溫度監(jiān)測頻率調整為 2 2 次/天。（2 2 ）在安全門上安裝壓力表，密切觀測土體的壓力變化。（3 3）由于凍結管管路達 600600 米，在凍結管上安裝壓力表和流量計以監(jiān)測凍結管內(nèi)鹽水的壓力和流量。（4 4）在開挖前打設探孔，檢查凍結效果。通過采取以上加強凍結的措施，于 6 6 月 2

18、525 日66 月 2727 日打探孔檢查凍結效果，共打設探孔 6 6 個， 其中左線探孔深度為 5.195.19 米（已基本形成透孔），右線 4 4 個，深度分別為 2 2 米，1.51.5 米，2.52.5 米，4.34.3 米, 2 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 1010 個測溫孔數(shù)據(jù)、鹽水去路溫度（-30-30C）,回路溫度（-28-28 C）及土壓的變化情況分析 計算和判斷，認為凍結壁厚度達到2.8382.838 米，凍結壁平均溫度為-10.6-10.6 C,低于設計要求-10-10C。6 6 月 2828 日，通過再次開挖前節(jié)點驗收會議，經(jīng)檢查和驗收認為達到開挖條件?，F(xiàn)場重新開啟安全門，進行開挖施工，經(jīng)現(xiàn)場實地檢查及計算對比，凍結壁交圈厚度最大為2.92.9 米-3.0-3.0 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 7 月 5 5 日，順利完成聯(lián)絡通道上部通道開挖。5 經(jīng)驗教訓通過本次案例的分析，在采用凍結法施工聯(lián)絡通道工作中