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土压平衡盾构喷涌防治技术问题的研究

作者：张晓东

来源：《名城绘》2019年第09期

摘要：盾构喷涌是在隧道施工之中常见问题，其严重影响了施工的进度与质量。为了能够有效的减少其影响，本文通过对盾构在富水砂层和裂隙水丰富的岩层中掘进时易发生螺旋机出土口喷涌现象的原因进行了分析，并有针对性的提出了修改意见，以期能够为盾构喷涌问题的优化提出有效的参考。

关键词：土压平衡盾构;喷涌;处理

盾构喷涌是指盾构掘进时碴水混合物从螺旋机出土口喷或涌出的现象。它一般在盾构穿越地下水丰富、水压较大的砂卵石地层、软硬岩分界面和裂隙发育地层时比较容易发生。喷涌往往会引起土仓压力波动较大，从而导致地面沉降、塌陷事故发生，而且喷涌出的碴水混合物易撒落在盾尾，清理非常麻烦，严重影响盾构掘进的连续性和效率。 一、工程概况

深圳地铁11号线11304标机场北站～福永站区间南起机场北站，北至福永站，设计起点里程为ZCK35+200，设计终点里程为ZCK37+556.3，左线全长：2355.76m ，短链0.54m，右线全长：2323.675，短链36.625，区间最小埋深8.13m，最大埋深21.5m。区间线路平面最小曲线半径为570m，最大曲线半径为900m，线间距12.00～38.337m。本区间线路原始地貌为滨海滩涂，现为机场填海扩建区、鱼塘、新和村居民区等，地形起伏较大，隧道开挖断面地层变化差异较大，地下水埋藏较浅，局部地下水和地表水相连，隧道内易形成积水。洞顶分布淤泥、细砂、可塑状砂质粘性土、全风化变粒岩、块状强风花变粒岩、中风化变粒岩、局部为微风化变粒岩，岩质坚硬，成洞较为困难。该地段岩层裂隙水较丰富，存在碎裂带，经常发生喷涌。针对于此采取了封堵水源、降水、碴土改良、掘进参数调整和出碴口改造等一系列处理措施，有效地减少了喷涌的出现和喷涌后清理工作量，从而提高了盾构掘进的效率并控制了地面较大沉降发生。 二、喷涌危害

盾构喷涌主要会造成以下危害

1喷涌使得土仓压力难以保持平稳，并极易造成土体超挖，致使隧道上部地面出现沉陷、坍塌。

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2喷涌现象使得土仓内细颗粒减少，粗颗积压仓内难以排出，导致扭矩增大，对盾构刀盘、螺机磨损加大;瞬时喷出大量碴土冲击皮带机，易造成皮带损伤。

3喷涌极易堵塞刀盘上各管路，使得碴土改良工作无法正常进行，并造成回流，损害机械。

三、喷涌的原因

正常情况下，刀盘掘削的碴土和添加的泡沫水搅拌混合后，形成隔水性好的、流塑状的碴土，在螺旋机作用下排出到皮带机上带走。而在富水地层，丰富的地下水从盾构周围汇集到土舱内，造成刀盘前部压力增大，舱内水和土比例增大，在经过仓内搅拌后容易造成水、碴离析，使土体改良效果变差。随着螺旋机旋转排土，舱内水在舱内气压或水压作用下，带动细颗粒穿透粗颗粒形成渗流从螺旋机口喷涌而出。由于螺旋机排出的多为泥水细颗粒，导致大块颗粒排出不畅，容易造成积仓，掘进期间扭矩加大，而速度会明显降低，同时舱内上部土压多为气压，随着喷涌发生，气体顺水流从螺旋机口泄漏或填充失水后的碴土空隙，从而造成舱内压力变化幅度较大。 四、喷涌处理措施 1封堵水源

（1）盾体后方封堵？在盾尾后第4环管片3点、9点和拱顶点位注双液浆，形成“止水环”，防止地下水顺着管片外侧流入刀盘前部。按上述方法，盾构每向前掘进5环做1环“止水环”。

（2）盾构前方封堵

如果水源来自刀盘前方，可采用地面下孔注浆或从舱内压入非固结浆的方法处理。地面有条件情况下，优先考虑从地面钻孔注浆封都来水通道，该方法可提前进行，不影响盾构掘进，效果较好，成本相对较低。地面条件不允许时，可压入非固结化学浆（比如克泥效、衡盾泥等），压入来水通道中可起隔水作用，又不会固结刀盘，但这种方法影响盾构施工进度，而且成本相对较高。 （3）盾构周围封堵

如果盾尾做“止水环”后仍有很大水进入土仓，则可判断水是从盾体侧边或前方来水。侧边来水封堵，可通过中盾上的径向注浆孔向盾体与围岩间注入高分子材料“聚氨酯”，利用聚氨酯良好的吸水性和遇水膨胀性，封堵盾体周边来水通道。 2降低水压

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地下水压力大是造成盾构喷涌的一个重要因素，我们可以从降低地下水压来减少喷涌。施工中可采取以下两种措施：①通过成型隧道管片吊装孔开孔放水;②地面预先打降水井降水。

3碴土改良

水、碴离析使水压未能得到递减缓解，直接作用到螺机口，是造成盾构喷涌的另一重要成因。向土仓中添加膨润土、高效聚合物等阻水材料，可有效改善碴土的和易性、隔水性，从而降低喷涌的可能。 4掘进参数

通过优化掘进参数也可很大程度减少喷涌的可能。在进入稳定地层后，适当减小舱内土压力值;增大推力，加快掘进速度，增加碴土进量;适当加快螺机转速，将土仓内大块碴土排出，以免积舱使掘进速度上不去，大颗粒排不出，小颗粒又从空隙中流失;尽量避免长时间停机，停机时尽量将土舱舱位提高，并土仓压力保起大于后部水压，防止土舱内积水过多。若砂层中掘进，可向土仓内注入空气，疏干周围土体中的水，利用地下水渗透和掘进时差，防止喷涌发生。 5设备设计

盾构设计时，针对易喷涌地层螺机采取双闸门设计，在两道闸口间预留保压泵接口，在发作喷涌时敏捷封闭闸口，打开接口法兰接保压泵排渣。为有效减少清碴时间，设计制作皮带机挡土板，以避免碴土从皮带机上掉落。实践证明，此方法可以有效的减少清碴时间，为掘进节省了大量时间。 五、结束语

首先，在进行施工之前需要对地质报告进行详细的分，一旦确定其中可能存在喷涌的底层，应该在施工设计阶段就采取应对策略，如果是存在小部分的水量底层，可以采取地面钻孔注浆处理。其次，如果采取降水措施，需要特别注意细颗粒随水流失问题，避免因造成地面沉降，同时应注意对周边环境的影响。此外，还需要根据实际出碴含水量调整土仓压力、推力、螺机转数等参数，降低喷渣带来的影响。如果一旦发生喷涌要密切注意出土量，充分估计抽水带走的细颗粒含量，避免超挖。若上覆地层自稳性较差，应加密监测和巡查。最后，一旦有碴掉落盾尾，应利用机械辅助清碴等方式或对清碴工人实行一定的激励措施，加快清碴的效率，盡量缩短清碴时间。 参考文献：

[1]韩锋.含砾砂土地层中土压平衡盾构施工喷涌发生的主要原因分析及防治措施[J].福建建材，2016（5）：84-85.