淺析盾構噴涌形成的原因及對應處理措施

文/縱歡 中鐵建第十一工程局城市軌道工程有限公司 浙江杭州 310002

淺析盾構噴涌形成的原因及對應處理措施

文/縱歡 中鐵建第十一工程局城市軌道工程有限公司 浙江杭州 310002

隨著城市的不斷發(fā)展，交通越來越繁忙，未解決這一問題，越來越多的城市開始發(fā)展立體交通；地下交通自然首當其沖出現(xiàn)在城市規(guī)劃的藍圖上，本文淺析了盾構噴涌的原因及處理措施，以供探討。

盾構噴涌；原因；措施

1、什么是噴涌

隧道施工工程盾構掘進的地層由上至下為素填土、軟土、殘積土和風化巖。渣土其具有明顯的觸變性和流動性，在一定動水壓力下，具有產(chǎn)生流土或管涌的可能，盾構開挖時易產(chǎn)生嚴重流砂，我們稱之為——噴涌。

2、螺旋機噴涌引起的危害

2.1機械停工

大量的泥水從螺旋機出渣口噴出，嚴重影響到連接橋區(qū)域內的施工環(huán)境，甚至影響到盾尾及整個臺車工作范圍。這樣施工中就不可避免造成停機必須清理渣土，而渣土清理采用人工清理，耗時長。

2.2產(chǎn)生二次噴涌

當盾構機停止掘進，關閉螺旋機出渣口閘門時，土倉內的泥水又迅速填滿整個螺旋機，一旦重新開啟閘門，將又會產(chǎn)生噴涌。這樣就會形成惡性循環(huán)，掘進速度放緩，盾尾渣土清理時間很長，嚴重影響盾構施工進度。

2.3引發(fā)地表塌陷

由于在噴涌過程中無法有效控制實際出土量，使得盾構在推進過程中難以建立真正的土壓平衡，從而加大對地層的擾動，甚至會引發(fā)地表塌陷等害。隧道施工過程中盾構螺旋機噴涌后臺車區(qū)域施工環(huán)境。

3、地層條件、水壓、掘進參數(shù)是噴涌產(chǎn)生的因素

3.1若部位屬于沙層等敏感地層：

地下水的通路沒有阻斷，泡沫劑或膨潤土不合適，土體改良效果差，在水流量及水壓力大的情況下，極易發(fā)生噴涌。

3.2若處于在中風化或者微風化巖層：

裂隙水發(fā)育，后方水路又未封閉。倉內土體由于水流的影響難以改良，也會產(chǎn)生噴涌。本標段就產(chǎn)生過噴涌狀況，由于掌子面裂隙水發(fā)育，掌子面來水很大，后方二次注漿又未飽滿，導致倉內極易積蓄大量地下來水，對掘進產(chǎn)生的很大的阻礙。

4、在盾構施工中的非正常情況

非正常情況有以下三種：1、排土壓力很大，但不隨大量水體涌出；2、排土水流量很大，但壓力小，易于控制；3、排土壓力大，水流量也很大，導致渣土和水一起噴；

5、案例分析——莞惠三標寮步至東城南站盾構案例

莞惠三標寮步至東城南站盾構地段地層復雜，在施工中三種情況均出現(xiàn)過。

5.1在軟土及上軟下硬掘進時，排土壓力很大，對于閘門的開合度要求很高，特別是上軟下硬渣土中又帶有石塊，極易卡螺旋機門；

5.2在硬巖掘進中，由于巖石發(fā)育，掌子面及后方來水很大，在停機短時間內土倉就能積攢很大水量，在掘進中極易造成噴涌情況。

出現(xiàn)噴涌時，渣土大量噴涌，需要平時二到三倍時間清理，大大影響了時間以及工程進度。

為了防止噴涌，有的盾構機裝有安全門，在噴涌發(fā)生時迅速關閉。一般在容易發(fā)生噴涌的地層中施工，要向刀盤前面注入膨潤土，以在刀盤前形成一層厚厚的泥膜，阻止地下水的涌入。有時，當螺旋輸送器中有高壓的稀渣土時，可以向螺旋輸送器中注入化學改良劑或膨潤土，以改良渣土。有的地層地下水壓很高，可以加長螺旋輸送器或采用二次螺旋輸送器以防止噴涌。一般的螺旋輸送機都設有兩到閘門，在兩道閘門間或第一道閘門前預留保壓泵接口，在發(fā)生噴涌時迅速關閉閘門，打開接口法蘭接保壓泵排渣

6、對于預防噴涌采取的措施和處理噴涌應對措施

6.1預防噴涌采取的措施

（1）防止管片周圍地下水串通，避免噴涌

在水量較大的地段掘進時采用螺旋輸送機雙閘門控制，加注泥漿或高效聚合物，防噴涌、防涌水，必要時采用保壓泵碴裝置。同時，利用盾構機配套的二次注漿設備及時注漿，在管片外周形成連續(xù)的封閉環(huán)，防止管片周圍的地下水串通，避免噴涌。

（2）確保密封刷狀態(tài)

經(jīng)常檢查盾尾密封刷密封效果，經(jīng)常填加油脂，確保密封刷狀態(tài)良好。

（3）面對噴涌迅速判斷反映

若出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，立即關閉螺旋輸送機的后門，適當向前掘進，使土倉內建立平衡，通過刀盤的轉動，將土倉內的土體攪拌均勻。然后才將螺旋輸送機的后門慢慢打開，開門度為10%，邊掘邊出土，始終保持土倉內壓力穩(wěn)定。

（4）做好后勤保障工作

做好盾構機及后配套設備的保障后勤工作，保持連續(xù)快速推進，不能因盾構機后配套設備故障而影響掘進。

（5）嚴密監(jiān)控螺旋機出土口的出土情況和土倉的壓力變化情況

一旦發(fā)生噴涌現(xiàn)象，首先關閉螺旋機出土口處的閘門，然后停止出土，保證掘進，避免地下水、流砂或所添加泥漿的大量噴出，保持土倉內的土壓穩(wěn)定。

6.2出現(xiàn)噴涌后應對方式

（1）向土倉中加入膨潤土或發(fā)泡劑，改善土倉內土質的和易性，使土體中的顆粒和泥漿成為一個整體，連續(xù)從螺旋輸送機排出，避免噴涌。

（2）在中、微風化巖地層中，如果管片背注漿不充分，需通過管片進行雙液二次注漿，以便盡快封堵隧道背后匯水通道。

（3）在掘進之前，有可能的情況下，可以往土倉內丟入水泵，將倉內水盡量抽空。掘進時，在保證刀具完好的情況下，盡量提高掘進速度，以控制來水，減少噴涌。

（4）漿液配比

在高含水段掘進時需要經(jīng)常使用二次注漿（雙液化學漿），二次注漿可使用純水泥漿（水泥漿液水灰比1:1）和水玻璃溶液（水玻璃溶液體積比為水玻璃原液：水=1:1），注漿時水泥漿和水玻璃溶液需同時注入，在水玻璃溶液：水泥漿比率為1:4時，其凝固時間為30S。在水量較大的地層時，考慮到漿液稀釋的因素，需適當改變漿液的配比（增加水泥用量），以提高初凝時間。

[1]朱偉，奏律設，魏康林.土壓平衡盾構噴涌發(fā)生機理研究 ［J］.巖土工程學報，2004.26（5）：589-593.

[2]魏康林.土壓平衡式盾構施工中噴涌問題的發(fā)生機理及其 防治措施研究［D］.南京：河海大學，2003.

[3]茅華.隧道施工盾構螺旋機噴涌應對措施鐵道建筑，（2014）10-0039-03.