地铁隧道涌水涌砂灾害特征及灾变模式分析

郑顺华,王迎超,陈帆,张政,李青理,冯子豪

Characteristics of water and sand gushing disasters in subway tunnels and disaster modes analysis

Shunhua ZHENG,Yingchao WANG,Fan CHEN,Zheng ZHANG,Qingli LI,Zihao FENG

表 1 地铁隧道涌水涌砂灾害的典型案例[11, 20-29]

Tab.1 Typical cases of water and sand gushing disaster in subway tunnels[11, 20-29]

编号 隧道及施工方法 日期 地层 发生位置 介质及状态 灾害影响 发生机制 数据来源：应急管理部、城市地铁官方网站、公开发表的文献资料以及新闻媒体报道等. 注：1. “/”表示影响较小，或无详细记录；“*”表示相关数据缺失. 2. 案例统计中的地铁隧道包括施工竖井、区间隧道和联络通道. 3. A、B、C、D、E、F、G分别代表隧道断面的方位11点半到12点半、12点半到3点、3点到5点半、5点半到6点半、6点半到9点、9点到11点半和掌子面上. 1 广州地铁11号线沙河站竖井横通道（矿山法） 2019–12–01 强风化砂砾岩，开挖面以上10 m存在富水中粗砂、粉细砂层 掌子面（A） 突泥涌砂 上方路面坍塌（2次），车辆坠坑，3人死亡 爆破开挖后未及时封闭，渗水、涌水引起土层流失 2 杭州地铁5号线宝建区间联络通道（矿山法） 2019–08–28 地下37米为杂填土和密实 砂层 掌子面（A） 渗漏水 路面塌陷，地面建筑裂缝、倾斜，燃气泄漏 渗漏水引起隧道上方土层流失 3 呼和浩特地铁2号线水诺区间联络通道（矿山法） 2019–08–01 富水砂砾地层 掌子面（D） 突发性涌水涌砂 地面沉降，路面塌陷 降雨量增加导致区域内水头抬升 4 北京地铁19号线金平区间隧道（矿山法） 2019–03–17 粉质黏土层 掌子面（F） 局部渗漏水，涌水涌泥 路面下方空洞，地表塌陷 管线渗漏及地表水下渗冲刷作用下，在隧道上方土层形成水囊 5 佛山轨交2号线花仙区间联络通道（矿山法） 2018–07–28 富水软弱砂层 掌子面 漏水 地表塌陷 * 6 佛山轨交2号线湖涌站~绿岛湖站区间隧道（盾构法） 2018–02–07 淤泥质粉土、粉砂、中砂，交界处且具有承压水 盾尾（C）、管片环缝 渗水漏水漏砂，透水涌泥涌砂 管片变形破损，道路坍塌，12人死亡，8人受伤 土仓压力上升，盾尾下沉，盾尾间隙变大 7 广州地铁14号线街口站~中间风井区间联络通道（矿山法） 2017–10 上软下硬地层，风化花岗岩，上覆黏土和富水砾砂、含卵石粗砾砂、中粗砂及卵石层 掌子面（B） 涌水涌砂 地表塌陷 开挖揭露富水砂层 8 港珠澳大桥工程的香港段屯门赤蜡角接线工程海底隧道联络通道（顶管法） 2017–09–24 较软的海洋冲积土层，全风化带花岗岩，水压达0.5 Mpa 区间管壁 泥水喷涌 管片受损，隧道积水积淤 管壁破裂，大量的泥水涌入隧道内 9 武汉地铁6号线琴台站~武胜路站区间隧道（盾构法） 2016–07–17 粉质黏土，承压性粉细砂，地下水受汉江补给，下卧强、中风化基岩 盾尾（C） 局部涌水 涌砂 地面沉降，管片 受损 持续降雨导致地下水水位升高，盾尾密封失效 10 长春地铁1号线长春站南广场~北京大街区间联络通道（矿山法） 2016–06–29 施工区域上方存在水囊 掌子面 涌水涌砂 地表塌陷 开挖扰动导通上方水囊 11 南昌地铁2号线翠苑路~学府大道区间隧道（盾构法） 2016–06–18 道路回填的极细砂 掌子面 涌水涌砂 地表塌陷 降雨量增大导致地下水水位上升 12 深圳地铁7号线福皇区间隧道（盾构法） 2015–06–25 上软下硬地层，上部富水砂砾层和砂层，下部为微风化花岗岩 掌子面（G:盾构 仓门） 涌水涌泥 地表塌陷，1人死亡，4人受伤 盾构换刀，地层局部沉降导致上部水管断裂 13 杭州地铁4号线江锦路站~市民中心站接收竖井（盾构法） 2014–07–31 富水粉土粉砂层，上覆淤泥质填土或河道淤泥，河道距隧道较近 进出洞/接收（F） 渗漏水，河水灌入隧道 河道、围堰塌陷，隧道被淹 降雨量大使河水水位上升，围护结构 失效 14 武汉地铁4号线越江隧道复兴路站左线盾构接收竖井（盾构法） 2014–07–06 承压富水粉土和粉细砂层，覆土松散、自稳能力差 区间管片 纵缝 渗水 / 管片错位张开 15 2014–07–01 进出洞/接收（D） 涌水涌砂 地面建筑沉降开裂 洞门加固结构失效 16 2014–06–07 进出洞/接收（C） 涌水 / 盾构掘进扰动，洞门防水结构失效 17 武汉地铁4号线越江隧道复兴路站右线接收竖井（盾构法） 2014–07–03 进出洞/接收（D） 涌漏水并携带大量泥砂 降水排险导致地面沉降，建筑物沉降开裂 盾构掘进扰动，洞门防水结构失效 18 大连地铁学海区间隧道（矿山法） 2013–11–29 中、强风化板岩，上覆富水卵石和填土层，地下水连通海水补给 掌子面（F） 涌水 地表塌陷 开挖后基岩变薄，爆破扰动上部承压性软弱地层，产生裂隙 19 南京地铁3号线大行宫施工竖井（矿山法） 2012–11–29 古河道，承压富水砂层 掌子面 涌水涌砂 地表塌陷 开挖揭露富水砂层，未及时封闭 20 青岛地铁君峰路~振华路区间隧道（矿山法） 2011–07–17 穿越中微风化花岗岩，上覆承压性粉质黏土、粗砾砂，围岩破碎，存在强水流砂层 掌子面（A） 涌水 掌子面拱顶坍塌，地面沉降、塌陷 降雨及管线渗流使地层砂石流失，形成水囊，施工扰动造 成饱和流塑状土体失稳 21 天津地铁2号线建国道~天津站区间隧道（盾构法） 2011–05–06 粉土、粉砂、粉质黏土层， 下部粉砂层厚度10 m左右 掌子面（G:螺旋机观察孔） 突砂涌水 地表塌陷，隧道损毁，盾构被埋 盾构螺旋机被水土固结块卡死，观察孔开启 22 大连地铁交通大学段竖井横通道（矿山法） 2011–03–10 素填土，富水冲洪积卵石富集区，下伏承压性风化基岩 掌子面（A） 涌水涌泥 地表塌陷，3人死亡 开挖揭露富水卵石地层 23 西安地铁2号线永南区间隧道（矿山法） 2009–06–19 黄土梁洼区 掌子面（E） 涌水 地表塌陷，隧道 开裂 暴雨及水管爆裂导致水压上升，诱发隧道上方土体软化或形成空洞 24 广州地铁6号线黄沙站~海珠广场站接收竖井（盾构法） 2009–02–22 强风化、中风化砂质泥岩，上覆饱和富水中粗砂层和 流塑状淤泥层 进出洞/ 接收 涌水涌砂 地表塌陷 洞门止水结构未 安装 25 广州地铁珠江新城旅客输送系统右线始发竖井（盾构法） 2008–07–22 上软下硬地层，富水海陆交互相淤泥质砂层，下部为全风化砂质泥岩，具有承压性 进出洞/ 始发（D） 涌水涌砂 / 洞门围护结构失效，产生渗流通道 26 上海轨交10号线溧阳路~曲阳路始发竖井（盾构法） 2008–06–26 穿越富水粉土、淤泥质黏土，深部粉性土、砂土层中具有承压水 进出洞/ 始发 渗水漏砂 地面沉降 洞门防水结构失效 27 广州地铁5号线大西盾构区间联络通道（矿山法） 2008–01–17 下穿珠江水道，淤泥质土层及富水粉细砂和中粗砂层 掌子面 突发性涌水 隧道塌方，地表 塌陷 施工扰动富水软弱土体 28 南京地铁2号线汉中门站~上海路区间隧道（矿山法） 2007–12–16 富水粉质黏土和粉砂质泥岩，隧道上方有充满水和淤泥的空洞以及一定厚度淤 泥层 掌子面（A） 涌水涌泥 工作面断裂，路面塌陷 爆破扰动导通隧道掌子面与地层充填空洞 29 南京地铁2号线中和村站~元通站接收竖井（盾构法） 2007–11–20 穿越承压性中密粉土和粉 细砂，上覆局部为流塑状淤泥质粉质黏土 进出洞/接收（D）、管片接缝 渗水，漏水漏砂，涌水涌砂 地表塌陷，盾构 被埋 洞门防水结构失效，盾尾下沉，管片张开 30 南京地铁2号线油坊桥站~中和村站始发竖井（盾构法） 2007–09–07 穿越流塑状淤泥质粉质黏土，下部承压性中密粉土 和粉细砂 进出洞/始发（C）、管片环缝（D） 涌水涌砂 地表塌陷，隧道沉降，管片开裂 围护结构失效（高水压），管片张开 31 南京地铁2号线汉中门站~上海路区间隧道（矿山法） 2007–02–05 富水粉质黏土和粉砂质泥岩 掌子面 渗水 掌子面坍塌，管道断裂爆炸，路面损毁 管线漏水浸泡土层软化，承压水击穿土层 32 广州地铁5号线大文区间隧道（盾构法） 2006–01–04 复杂断裂带，上覆回填砂层，地下水丰富 掌子面 水土流失 地表塌陷 施工扰动引起地下水携砂土流失 33 北京地铁10号线呼家楼站~光华路站区间隧道（浅埋暗挖法） 2006–01–03 穿越承压圆砾和粉土层，上覆粉细砂层，存在水囊及饱和淤泥层 掌子面 涌水 工作面坍塌，地表塌陷 地层中管线长期渗漏形成水囊，开挖扰动使土体变形，导致管线断裂 34 深圳地铁1号线世界之窗~白石洲区间隧道（矿山法） 2005–07–13 填海造陆区，主要分布人工填土和具有流动性砂土 掌子面 渗水 掌子面坍塌，路基断裂，地表塌陷 开挖扰动及渗水使隧道周围土体软化 35 南京地铁玄武门~南京站区间隧道（盾构法） 2005 富水淤泥质黏土和粉细砂 盾尾 涌水涌砂 地面沉降，建筑物开裂 盾尾密封失效 36 广州地铁3号线大塘站~沥滘站区间隧道（盾构法） 2004–03–01 穿越全风化、强风化泥质砂岩，上覆富水淤泥质黏土层及粉细砂层 区间管片（B） 涌水涌砂， 涌水 / 注浆压力过大使管片破坏、错台、张开 37 2003–08–16 掌子面（G:螺旋输送机） 水砂喷涌 地表塌陷 基岩开挖长期扰动，导致上部土体塌陷 38 广州地铁3号线天河客运站~华师站区间隧道（盾 构法） 2003–12–17 上软下硬地层，下部为风化花岗岩，上部为砂质黏土层，界面存在丰富地下水 掌子面（G:螺旋输送机） 水砂喷涌 地表塌陷 开挖对上部土体扰动较大，导致土层 塌方 39 上海轨道交通4号线浦东南路~南浦大桥站越江隧道联络通道（矿山法） 2003–07–01 穿越承压性高含砂量砂土，水源补给丰富且具有潮汐 变化 掌子面 渗水，流砂 突涌 隧道损毁，地面沉降，水土流失，建筑物倾斜，防汛墙塌陷 开挖顺序错误，冻结围护结构失效 40 广州地铁2/8号线延长线区间隧道（盾构法） 2003 上软下硬地层，弱透水性含砾砂黏土层，下部承压性风化砂岩 盾尾 漏水漏砂 地面沉降 盾尾密封不严 41 深圳地铁Ⅰ期工程3A标国贸~老街区间隧道（矿山法） 2002–07–07 上软下硬地层，穿越粉质黏土层、全风化、中风化花岗岩，（以上1.5 m）上覆较厚 富水砂层 ，相对隔水层薄 掌子面（B） 渗水，涌水 涌砂 掌子面拱顶坍塌，地面沉降 开挖扰动导通上覆砂层，水压力及渗 流力作用下使围岩软化 42 2002–05–19 掌子面（B） 渗水，涌水涌砂涌泥 地表塌陷 43 上海轨道交通9号线外环路站~合川路站接收竖井（盾构法） * 淤泥质黏土层，承压粉砂层 进出洞/ 接收 渗水流砂 管片变形、沉降、破坏 围护结构密封失效，灾害体与隧道结构存在连通渗流通道，管片张开 44 广州地铁3号线大石站~汉溪长隆站区间隧道（盾构法） * 穿越淤泥质和粉质黏土，上覆夹富水砂层 盾尾 漏水漏砂 * 盾尾密封失效 45 青岛黄岛区某地铁区间隧道（矿山法） * 断层破碎带，节理发育，上覆富水含黏性土粗砾砂，径流方向复杂 掌子面 突水涌砂 掌子面坍塌 开挖揭露断层，爆破扰动 46 南京某地铁项目接收竖井（盾构法） * 承压砂层，地下水与长江有水力联系 进出洞/ 接收 喷涌清水 隧道、盾构被淹 洞门封闭未完成时撤除冷冻加固，出现罕见暴雨 47 广州地铁某接收竖井（盾构法） * 富水砂质地层 进出洞/ 接收 涌水涌砂 隧道破坏，地面 沉降 超挖，洞门围护结构密封失效