浅析盾构喷涌形成的原因及对应处理措施

文/纵欢 中铁建第十一工程局城市轨道工程有限公司 浙江杭州 310002

浅析盾构喷涌形成的原因及对应处理措施

文/纵欢 中铁建第十一工程局城市轨道工程有限公司 浙江杭州 310002

随着城市的不断发展，交通越来越繁忙，未解决这一问题，越来越多的城市开始发展立体交通；地下交通自然首当其冲出现在城市规划的蓝图上，本文浅析了盾构喷涌的原因及处理措施，以供探讨。

盾构喷涌；原因；措施

1、什么是喷涌

隧道施工工程盾构掘进的地层由上至下为素填土、软土、残积土和风化岩。渣土其具有明显的触变性和流动性，在一定动水压力下，具有产生流土或管涌的可能，盾构开挖时易产生严重流砂，我们称之为——喷涌。

2、螺旋机喷涌引起的危害

2.1机械停工

大量的泥水从螺旋机出渣口喷出，严重影响到连接桥区域内的施工环境，甚至影响到盾尾及整个台车工作范围。这样施工中就不可避免造成停机必须清理渣土，而渣土清理采用人工清理，耗时长。

2.2产生二次喷涌

当盾构机停止掘进，关闭螺旋机出渣口闸门时，土仓内的泥水又迅速填满整个螺旋机，一旦重新开启闸门，将又会产生喷涌。这样就会形成恶性循环，掘进速度放缓，盾尾渣土清理时间很长，严重影响盾构施工进度。

2.3引发地表塌陷

由于在喷涌过程中无法有效控制实际出土量，使得盾构在推进过程中难以建立真正的土压平衡，从而加大对地层的扰动，甚至会引发地表塌陷等害。隧道施工过程中盾构螺旋机喷涌后台车区域施工环境。

3、地层条件、水压、掘进参数是喷涌产生的因素

3.1若部位属于沙层等敏感地层：

地下水的通路没有阻断，泡沫剂或膨润土不合适，土体改良效果差，在水流量及水压力大的情况下，极易发生喷涌。

3.2若处于在中风化或者微风化岩层：

裂隙水发育，后方水路又未封闭。仓内土体由于水流的影响难以改良，也会产生喷涌。本标段就产生过喷涌状况，由于掌子面裂隙水发育，掌子面来水很大，后方二次注浆又未饱满，导致仓内极易积蓄大量地下来水，对掘进产生的很大的阻碍。

4、在盾构施工中的非正常情况

非正常情况有以下三种：1、排土压力很大，但不随大量水体涌出；2、排土水流量很大，但压力小，易于控制；3、排土压力大，水流量也很大，导致渣土和水一起喷；

5、案例分析——莞惠三标寮步至东城南站盾构案例

莞惠三标寮步至东城南站盾构地段地层复杂，在施工中三种情况均出现过。

5.1在软土及上软下硬掘进时，排土压力很大，对于闸门的开合度要求很高，特别是上软下硬渣土中又带有石块，极易卡螺旋机门；

5.2在硬岩掘进中，由于岩石发育，掌子面及后方来水很大，在停机短时间内土仓就能积攒很大水量，在掘进中极易造成喷涌情况。

出现喷涌时，渣土大量喷涌，需要平时二到三倍时间清理，大大影响了时间以及工程进度。

为了防止喷涌，有的盾构机装有安全门，在喷涌发生时迅速关闭。一般在容易发生喷涌的地层中施工，要向刀盘前面注入膨润土，以在刀盘前形成一层厚厚的泥膜，阻止地下水的涌入。有时，当螺旋输送器中有高压的稀渣土时，可以向螺旋输送器中注入化学改良剂或膨润土，以改良渣土。有的地层地下水压很高，可以加长螺旋输送器或采用二次螺旋输送器以防止喷涌。一般的螺旋输送机都设有两到闸门，在两道闸门间或第一道闸门前预留保压泵接口，在发生喷涌时迅速关闭闸门，打开接口法兰接保压泵排渣

6、对于预防喷涌采取的措施和处理喷涌应对措施

6.1预防喷涌采取的措施

（1）防止管片周围地下水串通，避免喷涌

在水量较大的地段掘进时采用螺旋输送机双闸门控制，加注泥浆或高效聚合物，防喷涌、防涌水，必要时采用保压泵碴装置。同时，利用盾构机配套的二次注浆设备及时注浆，在管片外周形成连续的封闭环，防止管片周围的地下水串通，避免喷涌。

（2）确保密封刷状态

经常检查盾尾密封刷密封效果，经常填加油脂，确保密封刷状态良好。

（3）面对喷涌迅速判断反映

若出现喷涌现象，立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡，通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀。然后才将螺旋输送机的后门慢慢打开，开门度为10%，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定。

（4）做好后勤保障工作

做好盾构机及后配套设备的保障后勤工作，保持连续快速推进，不能因盾构机后配套设备故障而影响掘进。

（5）严密监控螺旋机出土口的出土情况和土仓的压力变化情况

一旦发生喷涌现象，首先关闭螺旋机出土口处的闸门，然后停止出土，保证掘进，避免地下水、流砂或所添加泥浆的大量喷出，保持土仓内的土压稳定。

6.2出现喷涌后应对方式

（1）向土仓中加入膨润土或发泡剂，改善土仓内土质的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一个整体，连续从螺旋输送机排出，避免喷涌。

（2）在中、微风化岩地层中，如果管片背注浆不充分，需通过管片进行双液二次注浆，以便尽快封堵隧道背后汇水通道。

（3）在掘进之前，有可能的情况下，可以往土仓内丢入水泵，将仓内水尽量抽空。掘进时，在保证刀具完好的情况下，尽量提高掘进速度，以控制来水，减少喷涌。

（4）浆液配比

在高含水段掘进时需要经常使用二次注浆（双液化学浆），二次注浆可使用纯水泥浆（水泥浆液水灰比1:1）和水玻璃溶液（水玻璃溶液体积比为水玻璃原液：水=1:1），注浆时水泥浆和水玻璃溶液需同时注入，在水玻璃溶液：水泥浆比率为1:4时，其凝固时间为30S。在水量较大的地层时，考虑到浆液稀释的因素，需适当改变浆液的配比（增加水泥用量），以提高初凝时间。

[1]朱伟，奏律设，魏康林.土压平衡盾构喷涌发生机理研究 ［J］.岩土工程学报，2004.26（5）：589-593.

[2]魏康林.土压平衡式盾构施工中喷涌问题的发生机理及其 防治措施研究［D］.南京：河海大学，2003.

[3]茅华.隧道施工盾构螺旋机喷涌应对措施铁道建筑，（2014）10-0039-03.