反演法思维在地铁施工中的应用

李夫杰 LI Fu-jie

（西安市地下铁道有限责任公司，西安 710000）

摘要： 本文以哲学反演法思维为工程事故主要推理手段，结合对施工现场环境、监测数据的分析总结，对杭州地铁二号线某地铁车站盾构接收时的涌水涌砂现象进行了深入解剖，并得出结论：哲学思维的反演法对分析工程事故、预测工程趋向和结果有很好的实用性，它能快而准的分析得到事故的原因、工程的趋向和结果，从而降低工程事故的发生率并减少其所造成的损失。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ： 反演法；盾构接收；涌水涌砂；工程事故

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0079-03

作者简介：李夫杰（1979-），男，江苏徐州人，毕业于长安大学，研究方向为城市轨道施工技术及管理。

1 研究背景及意义

目前我国经济发达的城市大多已开始或着手修建地铁，尤其是东部沿海地区城市地下铁道工程更为兴盛，在此建设过程中越来越多的地铁车站深基坑工程展现在繁华的都市之间[1]。随之而来的就是越来越多的深基坑、区间隧道需要在城市建筑密集区域施工，且大多邻近已有建构筑物、地下及地上市政管线设施等。又因软土地区深基坑施工过程中极易引起周围地层及建构筑物沉降或变形，且不好控制，稍有不慎就会产生极大的安全隐患。所以对软土地区地铁施工的重视程度和正确的施工思维方法尤为重要，能在很大程度上降低地铁施工对周围已有建、构筑物与地下市政管线等设施产生的不利影响[2][3]，并对减少地铁工程所产生的安全隐患和财产损失有重要意义。

2 工程概况及特点

2.1 盾构接收、始发洞口地质概况及工程环境

①本工程盾构洞口地质情况如表1所示。

②工程环境。

本次盾构接收井设在某车站端头井内，车站处于东西向交通要道中间，两边50米外为商业住宅区，端头井东侧25m左右有一座桥，桥下为一南北向宽10m深2m左右河流。如图1所示。

2.2 盾构端头加固范围及加固要求

①进出洞端头地层加固范围：纵向为车站槽壁以外9m，横向为洞圈以外各2.5m，深度为隧洞底板以下2.5m。如图2所示。

②加固要求。

1）加固土体无侧限抗压强度为0.8MPa~1.2MPa。

2）渗透系数≤1.0×10-8cm/s。

3）9m宽加固带除紧邻车站围护结构地下连续墙外40cm左右范围采用高压旋喷桩加固之外，均采用三轴搅拌桩加固。三轴搅拌桩为密排桩，成桩直径Φ850@600。高压旋喷桩直径Φ800@600，采用三重管高压旋喷，压力28～30MPa。

2.3 工程特点

根据地质勘察报告，施工场地处于典型的富水软土地区，广泛分布第四纪海相沉积的厚层软土，具有“天然含水量大于或等于液限，天然孔隙比大于或等于1.0，压缩性高，强度低，灵敏度高，透水性低”等特点。盾构掘进多处于④淤泥质粘土、③淤泥质粉质粘土、③1粉砂层范围，盾构接收施工时及易发生涌水涌砂及塌方、沉降现象。

3 盾构接收前的准备工作

3.1 探孔试验

在左线盾构接收前20天左右，对盾构接收洞门进行了探孔实验，探孔方案中探孔分别布设在距洞门边缘25～30cm处1点、3点、5点、7点、9点及中间位置。结果在打完1点钟位置探孔后发现有涌水现象，之后对1点钟位置探孔进行了封堵。然后又对7点钟位置进行了探孔实验，结果涌水现象比1点钟位置还要明显，随即进行封堵，以免事态扩大。

3.2 洞门后的注浆加固

在1点、7点钟位置的探孔试验之后，试验终止。为不影响盾构接收，随后紧急对洞门渗漏水问题进行了原因分析，并对洞门后进行双液浆注浆加固。加固点分别布设在距离洞门边缘20～25cm处12点、2点、4点、6点、7点、9点、10点及中间位置。注浆顺序为中心点→2点→10点→4点→9点→7点→12点→6点。双液浆凝固速度为60秒，注浆压力5～6MPa。用同样的方法也对右线盾构接收洞门后进行了预加固。

3.3 再探孔

注浆加固完成后，采用接收前探孔试验方案对洞门再次进行探孔试验，无涌水涌砂现象，只有4点、9点钟孔位有少量渗水现象，表面上分析不影响盾构接收。

4 盾构接收时涌水涌砂

盾构在掘进最后10m时各种参数一直都在预计范围内，出土正常，并无异常现象。但是在盾构刀盘刚刚掘出洞门后，刀盘周围下半部分开始涌水，之后10分钟左右伴随涌砂现象发生。

5 补救措施

5.1 塞棉被

在洞门口刀盘周围塞棉被，使涌水涌砂速度减缓，阻止涌水涌砂的势头。

5.2 注浆加固

在涌水涌砂势头减缓之后在洞门及洞内同时多台注浆机进行注浆加固。因当时涌水涌砂势头很紧，单单在洞门进行注浆加固无法完成对洞门涌水涌砂的封堵[4]。只能采取洞内洞外多台注浆机同时进行双液浆、聚氨酯注浆加固才能慢慢减缓涌水涌砂势头，最后达到止住涌水涌砂的效果。

6 原因分析

6.1 洞门周围水源及渗水通道的存在

首先，经过接收前的准备工作后，正常情况下在盾构接收时不会出现涌水涌砂现象。而且在洞门加固完成后再次进行了探孔试验，只有少量渗水现象发生。由此判断当时只是洞门及洞门周围近距离（30～50cm）范围完成了加固，洞门周围存在大量水源，及通往水源补给的水流通道。所以在盾构进洞时，洞门破坏，在洞门周围大量水源的不平衡压力下，水源突破洞门封堵喷涌而出。如果仅仅是洞门周围有积水，那么涌水不会源源不断而且越来越大并随之伴有涌砂。所以由此判断洞门周围水源一定存在通往水源补给地的水流通道（或者叫做渗水通道）。从图2可以看到在距离盾构接收井东侧30m左右位置有一条南北向河流，此河流应为此次涌水的重要水源补给地。

6.2 渗水通道的形成

在基坑开挖后一段时间，基坑周围就开始有渗漏水现象，因为当时渗漏水不大，没有引起足够的重视，渗漏水问题也是沿海一带深基坑工程的通病。后来到车站主体结构完成之后，盾构接收井周围还存在渗漏水现象，而且越来越严重。所以，从基坑开挖到主体结构完成再到盾构接收的一年多时间里，此处附近一直存在着越来越大的渗漏水问题，加之软土地区地层软、层理发育，地下各种管线、管沟的存在，都为渗水通道的形成提供了充足的条件，而且后来的涌水涌砂现象也充分证明渗水通道形成了。

6.3 渗水通道的形成时间

在车站基坑开挖前，盾构端头三轴搅拌桩加固已经完成，所以盾构断头加固后一段时间并没有水流形成，断头加固的水泥浆液也不会被水流带走，端头加固正常，这一点可从盾构接收前的最后10m推进一切正常而得到佐证。这一点也可证明渗水通道形成于盾构断头加固体固结成型之后。

由于目前技术原因，在盾构断头三轴搅拌加固体与车站围护结构之间还有一个40cm左右宽的间隙条带加固不到，此间隙带设计在盾构接收前2个月采用高压旋喷桩加固完成。但事实表明，高压旋喷桩对此40cm左右宽的间隙条带并未加固成功。其原因就是在高压旋喷加固时，此处已经形成渗水通道，而且渗水通道已相当发育，在车站内外不平衡水压力作用下，水由外向内持续渗流，并在外部形成渗水通道通往水源补给地。这样车站外部一定范围内就存在持续流动的动水，以渗水通道为主干，形成流动的水流网。所以在高压旋喷桩加固间隙带之后（由于旋喷水泥浆液凝固期很长）还未凝固，水泥浆液就被车站外部流动的水流网所带走，导致加固失效，而且还破坏了原本的地层结构，使间隙带的土体更容易被水流带走流进站内[5]，而在间隙带体内形成大量的积水空间和积水。

通过以上分析，可知渗水通道的形成时间应该在盾构断头三轴搅拌桩加固体固结成型之后，间隙带高压旋喷桩加固之前。

本工程在盾构接收涌水涌砂后，也正是通过哲学的反演法思维，快速而准确地分析出了事故的成因，才能在事故发生后正确而快速的减缓了事态的发展，并最终成功封堵，而未对周围环境造成严重的影响。

7 结论

①施工过程中对事故的发生要有敏锐的嗅觉和分析能力，哲学思维的反演法对分析工程事故、预测工程趋向和结果有很好的实用性，它能快而准地分析得到事故的原因、工程的趋向和结果，从而减少工程事故所造成的损失，也能减少或避免工程事故的发生和发展。

②软土地区地铁施工是一项系统工程，它不仅要与时间、空间赛跑，还要清晰地认识和理解工程的来龙去脉，这样才能在突发状况时对症下药，得心应手。对工程施工过程的重视、施工过程的严密控制、施工过程的观察分析，可减少工程的事故发生率。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：

[1]刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]白廷辉.上海轨道交通深基坑工程新技术与实践[J].地下空间与工程学报，2005，1（4）：556-559.

[3]黄海滨.上海地铁车站施工中的环境保护技术[D].上海：同济大学博士学位论文，2000.

[4]白云.软土地基劈裂注浆的加固机理和应用[D].上海：同济大学硕士学位论文，1988.

[5]刘建航.地下墙深基坑周围地层移动的预测和治理之二—基坑周围地层移动的预测[J].地下工程与隧道，1993（2）：2-15,23.