上海轨道交通4号线越江隧道联络通道抢险与注浆加固万芳

上海轨道交通4号线越江隧道联络通道抢险与注浆加固

摘 要 上海轨道交通4号线越江隧道联络通道因大量流砂涌入，引起隧道受损及周边地区地面沉降，就抢险中的泣浆加固设计进行分析探讨。 关键词 联络通道 风井 沉降 抢险 注浆 1 前言 7月1日凌晨，轨道交通4号线越江隧道联络通道因大量流砂涌人，引起隧道受损及周边地区地面沉降，造成三幢建筑物严重倾斜，以及防汛墙出现裂缝、沉陷等险情。在国务院领导的关心和建设部的指导下，在市委、市政府的直接领导和统一指挥下，经过建设、公安、武警、黄浦区和各设计、施工、管线等20多个单位，以及各方专家连续13昼夜全力抢险，目前，隧道内外水土压力平衡基本形成，防汛围堰整体稳定并能满足安全度汛要求，临江花苑大厦沉降持续稳定，周边地区交通部分恢复。7月9日，险情控制。7月11日，经专家组评估认定，险情得到控制。

2 抢险综述 2．1 险情的发生 轨道交通4号线是本市轨道交通环线的东南半环，全长22kin。险情发生前，全线盾构推进完成98％、17座车站全面施工。穿越黄浦江的两条隧道位于浦东南路至南浦大桥之间，长约2km，已经贯通。发生事故的联络通道采用冰冻加固暗挖法施工，由于地处深30多米的流砂层，并且，距浦西防汛墙仅53m，施工难度和技术风险都比较大。险情发生时，距离贯通仅有80cm。 7月1日凌晨，联络通道突然发生大量流砂涌人，引起地面大幅度沉降，造成三幢建筑严重倾斜。因报警及时，处置果断，未造成人员伤亡，周边受影响的单位、居民及时撤出并得到妥善安置。但是，险情仍呈现扩大、加剧态势——受影响的房屋建筑进一步倾斜，防汛墙由裂缝、沉降发展为局部管涌、塌陷，风井进水，隧道由渗水、进水，进而发展为结构损坏，附近地面也出现了不同程度的裂缝、沉降。 2．2 险情的处置 险情发生后，中共中央政治局委员、上海市委书记陈良字，市委副书记、市长韩正等及时赶到现场，对抢险工作进行部署，决定由杨雄副市长任抢险总指挥。 根据市委、市政府领导的指示，指挥部建立了严密的组织指挥和决策咨询体系，不断完善抢险方案，坚决贯彻抢险措施。整个工作，重点围绕控制险情段隧道影响、确保防汛设施安全和确保周边重要建筑安全等三个方面六大措施展开。 (1)对险情段隧道进行封堵并灌水回注，恢复隧道内外水土压力平衡。对该段隧道区间设水泥封堵墙，对两端车站端头采用钢筋混凝土结构封堵，防止险情向沿线车站和区间蔓延，并在相邻车站端头实施第二道钢筋混凝土封堵，以确保万无一失。钢筋混凝土封堵墙完成后，向隧道内灌水，以恢复隧道内外水土压力平衡。同时，在受损隧道的上下行线中山南路一端实施地面压注混凝土封堵(即在隧道顶部钻孔压注混凝土)，隔断了沉降槽向西南方向发展，防止了隧道塌陷的扩大。同时，对地铁风井加盖封闭，以免地表水再次回灌地下。 (2)设置并加固临时防汛围堰。在沉降、塌陷的原防汛墙外，用砂包堆垒临时防汛围堰，并在临时围堰与原防汛墙之间用砂、土填筑，使临时防汛围堰经受了4．07m潮位的考验。在此基础上，为确保城市安全度汛，又采用钢板桩、旋喷和注浆等方法加固临时防汛围堰，提高防汛大堤的稳定性和抗渗性能。 (3)对重要建筑物和影响区域实施全方位注浆、回填砂土加固。对临江花苑大厦等建筑基础周边进行注浆加固，对事故现场周边的中山南路、董家渡路道路和沿线建筑物、管线等实施全方位注浆加固。同时，对塌陷区进行回填砂土，上筑混凝土面层，为填充注浆创造条件。 (4)及时实施管线的切断和改接。自来水、燃气、电力、通信等管线部门，按照指挥部统一部署，及时进行了管线切断和改接，确保了城市正常运行和居民正常生活，也为抢险工作顺利实施创造了有利条件，同时，有效防止了次生灾害的发生。 (5)加强实时动态监控。抢险一开始就实施了对临江花苑大厦等周边建筑、地面道路、防汛墙等重点目标的动态监测，监测数据适时上报，由专家组及时进行综合分析，为判断险情和科学决策提供依据，并采用两套监测系统同步监测、分析对比，确保监测数据的准确性。 (6)拆除了三幢严重倾斜、受损的建筑。7月4 ～6日，受国务院领导委托，建设部部长汪光焘率领的建设部专家组两次赴现场调研、踏勘、核算，在全面查阅有关资料、数据，直接与现场技术人员交谈，并进行多次讨论分析后，对本次抢险作出了评估，认为：对于突发险情，市委、市政府决策果断，措施有力，尤其是做到了依靠科技并充分发挥了专家的作用；所制定的重点针对隧道、防汛墙、重要建筑物的抢险技术方案，总体上是有效的、成功的。 2．3 险情控制的标志 以后，险情得到有效控制。主要依据为： (1)隧道主体结构 根据各种量测数据可以判断：采取灌水等措施后，隧道内外已基本形成水土压力的动态平衡，隧道不会发生大的纵向变形，防止隧道塌陷范围扩大。 (2)防汛围堰 通过沉船，填加砂石，护坡，打钢板桩、旋喷等措施，目前，临时防汛围堰已经整体稳定，可以满足安全度汛的要求。 (3)临江花苑大厦 经监测，最大沉降量12mm，自7月5日起，已经连续9天基本稳定，差异沉降没有变化。

3 抢险中的注浆加固 以上海市隧道工程轨道交通设计研究院负责抢险中的注浆加固设计，以上海市隧道股份有限公司为主，上海第一海洋大队、上海地矿公司等单位协助实施施工。 本工程注浆加固量大，至7月14日止，统计水泥注浆量达2790m3；聚氨酯注浆量达99t。 3．1 水泥—水玻璃浆液注浆加固 (1) 注浆材料 ①浆液名称：水泥+水玻璃注浆； ②配方：水玻璃30°Be，水泥浆水灰比0．7，水泥：水玻璃二1∶1(体积比)； ③凝结时间：1～4min(见图1)。

图1 水泥—水玻璃双液注浆温度对凝胶时间的影响图

(2)注浆工艺 双液单管方式(采用方盒式橡胶管止逆混合器)；自下而上分段定量压注。 (3)注浆深度与注浆量 ①隧道定位探测孔兼作注浆孔时，以触及坚硬断损管片止； ②隧道两侧范围二排(包括两隧道中间一排)孔深25m(提升至地面下5m)，每0．5m范围注浆1m3。 (4)注浆设备：SYB50—5011型单液柱塞注浆泵二台并联，最大驱动流量50L／min(也有用双室轴向柱塞泵)。 特点：针对本工程需从速控制沉降，充填加固的要求，上述材料凝结速度快、强度高，工艺设备保证了浆液混合均匀、边注边提升使浆液充填、渗透充分。 3．2 聚氨酯(PU)化学注浆 注浆材料：油溶性聚氨酯浆液；由预聚体(TDI+聚醚)与促进剂(由三乙胺2％～3％、发泡灵+有机锡)组成；凝胶时间小于2min(详见图2)。 注浆深度与注浆量：①隧道定位探测孔兼作注浆孔时，以触及坚硬断损管片止；②隧道两侧范围二排(包括两隧道中间一排)孑L深25m；③注浆量视进浆量而定。 注浆设备：可控硅无级调速齿轮泵；最大流量20L／min。

图2 油溶性PU促进剂中三乙胺用量与凝胶时间关系图

特点：油溶性浆液，遇水反应发泡膨胀，进行二次渗透扩散，扩散均匀，迅速凝胶固结，固砂抗压强度高。 3．3各注浆区注浆特点 (1)临江花园大厦 该大厦有二注浆作业区： ①转角F区 其注浆布孔如图3所示。注浆以充填隧道坍方波及的大楼桩基础外围为目的，尤其在初期；要求不扰动桩基处的土体，故注浆深度10～12m。后期增加布孔，则注浆深度要求超过桩深 (23m)。共19孔、191m3。 ②大楼地下室底板区 曾在底板布设13孔，拟钻穿底板后压浆加固，减少沉降。因底板厚，钢筋密，当天仅钻穿一孔，尽管设有防喷止水装置，仍因底板混凝土中预留管导水喷出(后压注PU浆0．2t堵止)。最终，因大楼实际下沉甚微，其它各孔未予压注。 (2)风井东西隧道下坍段 鉴于必须尽快探测出风井东西隧道上下行线坍塌损害的范围与程度，需要沿着隧道上下行线轴线放样布孔、钻探，与此同时，对这沉降最严重的区段，随即利用探测孔充填或渗透注浆，首先对探测孔封孔，进而控制新筑地面稳定。防止继续下沉，一举二得。风井东西隧道下坍段注浆布置情况详见图3。

图3 风井东西隧道下坍段注浆布置图

①图中坍方区C孔全部压注PU浆液(以序数小至大，先后压注)，其中C2—C6是初先险情最重时紧急压注的，进浆量分别为8．85，3，3，3，5t，有效地控制沉降。同时，对应在风井东侧号坍方区C10—C14五孔，分别压注2，2，2，2，5t。 ②图中隧道轴线上S孔为上行线隧道探测孔，X为下行线隧道探测孔；其中孔号大于200者为风井西段，孔号小100者为风井东段，S孔、X孔则以一隔一分别为聚氨酯注浆孔与水泥注浆孔(水泥浆后压注，实际是补测孔)。 ③两隧道两侧各范围，分别有二排孔，均压注双液水泥浆。 ④中间风井(也是联络通道处)四周边布孔，在抢险期因拆除毁损建筑及清理整修，未及压注，在后期压注双液水泥浆。 (3)防汛墙区段 防汛墙区段是水务局与武警部队采用防汛墙外侧打设拉森钢板桩以及高压旋喷桩(深至隧道顶部5m)施工，并在码头与防汛墙间大量抛填砂袋、砂堤不断增高相结合防水止水的。但在整个抢险过程中发生局部涌水、漏水，除外马路布孔水泥注浆外，几度采用聚氨酯化学注浆配合构成止水帷幕或直接封堵防水。 ①7月3日在原防汛墙断损处，配合进行聚氨酯注浆堵水，该处被止水，但有移位渗漏趋势。②在，新防汛墙内侧，钻孔12m深(略过拉森钢板桩)，每孔压注500kgPU浆液。③7月6日在董家渡路北的外马路沿防汛墙范围布3孔，于10～12m范围压注浆液，再在内排布水泥浆双液注浆排孔加强，阻拦堵止绕过板桩的漏水。

图4 各作业区砂土回填与混凝土浇灌图

3．4有关技术研讨 从图4各作业区砂土回填与混凝土浇灌图中可见，自工号地区至V号地区都进行回填砂土、并浇筑细石混凝土。这一方面是对坍塌处(尤其是沿隧道轴线向两侧漏斗状士坍塌区)大量浇筑细石素混凝土，补救与充填坍陷的凹坑，初步减少与稳定地面沉降，进而通过深层注浆充实地下空隙，控制后期沉降。 此外，注浆作业本身需要在乎整的基面上方能进行钻穿、下管、压注。总之，这项工作是与注浆加固相辅相成。 本工程油溶性聚氨酯注浆量最终逾百吨，是以往注浆加固所少见。这是与现场危急状况，必须抢险有关。油溶性聚氨酯浆液强度高(尤其工程中期起，浆液预聚体中三羟基硬泡聚醚比例增多、软泡聚醚量减少，并降低溶剂量)、发泡膨胀率高、注入速度高、达到最终强度快，在紧急状态下比双液水泥浆(在工程中双液水泥浆初凝后，会对钻杆包裹，致使拔杆困难)见效显著。当然，今后在开挖等过程中，如需动用明火，泡沫体燃烧则会有毒性气体释放，这是必须慎重对待的。 由于压注双液水泥浆成本低，充填强度高，在危急期过后，便大量采用。 本隧道注浆加固抢险工程由程骁(上海隧道工程股份有限公司前董事长)负责指挥，注浆加固设计由上海市隧道工程轨道交通设计研究院沈秀芳院长、曹文宏总工兼副院长总负责，谨此致意。

许 熠 陈柳娟 狄永媚 朱祖熹(上海市隧道工程轨道交通设计研究院)查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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