張曉東

摘要：盾構噴涌是在隧道施工之中常見問題，其嚴重影響了施工的進度與質(zhì)量。為了能夠有效的減少其影響，本文通過對盾構在富水砂層和裂隙水豐富的巖層中掘進時易發(fā)生螺旋機出土口噴涌現(xiàn)象的原因進行了分析，并有針對性的提出了修改意見，以期能夠為盾構噴涌問題的優(yōu)化提出有效的參考。

關鍵詞：土壓平衡盾構;噴涌;處理

盾構噴涌是指盾構掘進時碴水混合物從螺旋機出土口噴或涌出的現(xiàn)象。它一般在盾構穿越地下水豐富、水壓較大的砂卵石地層、軟硬巖分界面和裂隙發(fā)育地層時比較容易發(fā)生。噴涌往往會引起土倉壓力波動較大，從而導致地面沉降、塌陷事故發(fā)生，而且噴涌出的碴水混合物易撒落在盾尾，清理非常麻煩，嚴重影響盾構掘進的連續(xù)性和效率。

一、工程概況

深圳地鐵11號線11304標機場北站～福永站區(qū)間南起機場北站，北至福永站，設計起點里程為ZCK35+200，設計終點里程為ZCK37+556.3，左線全長：2355.76m ，短鏈0.54m，右線全長：2323.675，短鏈36.625，區(qū)間最小埋深8.13m，最大埋深21.5m。區(qū)間線路平面最小曲線半徑為570m，最大曲線半徑為900m，線間距12.00～38.337m。本區(qū)間線路原始地貌為濱海灘涂，現(xiàn)為機場填海擴建區(qū)、魚塘、新和村居民區(qū)等，地形起伏較大，隧道開挖斷面地層變化差異較大，地下水埋藏較淺，局部地下水和地表水相連，隧道內(nèi)易形成積水。洞頂分布淤泥、細砂、可塑狀砂質(zhì)粘性土、全風化變粒巖、塊狀強風花變粒巖、中風化變粒巖、局部為微風化變粒巖，巖質(zhì)堅硬，成洞較為困難。該地段巖層裂隙水較豐富，存在碎裂帶，經(jīng)常發(fā)生噴涌。針對于此采取了封堵水源、降水、碴土改良、掘進參數(shù)調(diào)整和出碴口改造等一系列處理措施，有效地減少了噴涌的出現(xiàn)和噴涌后清理工作量，從而提高了盾構掘進的效率并控制了地面較大沉降發(fā)生。

二、噴涌危害

盾構噴涌主要會造成以下危害

1噴涌使得土倉壓力難以保持平穩(wěn)，并極易造成土體超挖，致使隧道上部地面出現(xiàn)沉陷、坍塌。

2噴涌現(xiàn)象使得土倉內(nèi)細顆粒減少，粗顆積壓倉內(nèi)難以排出，導致扭矩增大，對盾構刀盤、螺機磨損加大;瞬時噴出大量碴土沖擊皮帶機，易造成皮帶損傷。

3噴涌極易堵塞刀盤上各管路，使得碴土改良工作無法正常進行，并造成回流，損害機械。

三、噴涌的原因

正常情況下，刀盤掘削的碴土和添加的泡沫水攪拌混合后，形成隔水性好的、流塑狀的碴土，在螺旋機作用下排出到皮帶機上帶走。而在富水地層，豐富的地下水從盾構周圍匯集到土艙內(nèi)，造成刀盤前部壓力增大，艙內(nèi)水和土比例增大，在經(jīng)過倉內(nèi)攪拌后容易造成水、碴離析，使土體改良效果變差。隨著螺旋機旋轉(zhuǎn)排土，艙內(nèi)水在艙內(nèi)氣壓或水壓作用下，帶動細顆粒穿透粗顆粒形成滲流從螺旋機口噴涌而出。由于螺旋機排出的多為泥水細顆粒，導致大塊顆粒排出不暢，容易造成積倉，掘進期間扭矩加大，而速度會明顯降低，同時艙內(nèi)上部土壓多為氣壓，隨著噴涌發(fā)生，氣體順水流從螺旋機口泄漏或填充失水后的碴土空隙，從而造成艙內(nèi)壓力變化幅度較大。

四、噴涌處理措施

1封堵水源

（1）盾體后方封堵？在盾尾后第4環(huán)管片3點、9點和拱頂點位注雙液漿，形成“止水環(huán)”，防止地下水順著管片外側流入刀盤前部。按上述方法，盾構每向前掘進5環(huán)做1環(huán)“止水環(huán)”。

（2）盾構前方封堵

如果水源來自刀盤前方，可采用地面下孔注漿或從艙內(nèi)壓入非固結漿的方法處理。地面有條件情況下，優(yōu)先考慮從地面鉆孔注漿封都來水通道，該方法可提前進行，不影響盾構掘進，效果較好，成本相對較低。地面條件不允許時，可壓入非固結化學漿（比如克泥效、衡盾泥等），壓入來水通道中可起隔水作用，又不會固結刀盤，但這種方法影響盾構施工進度，而且成本相對較高。

（3）盾構周圍封堵

如果盾尾做“止水環(huán)”后仍有很大水進入土倉，則可判斷水是從盾體側邊或前方來水。側邊來水封堵，可通過中盾上的徑向注漿孔向盾體與圍巖間注入高分子材料“聚氨酯”，利用聚氨酯良好的吸水性和遇水膨脹性，封堵盾體周邊來水通道。

2降低水壓

地下水壓力大是造成盾構噴涌的一個重要因素，我們可以從降低地下水壓來減少噴涌。施工中可采取以下兩種措施：①通過成型隧道管片吊裝孔開孔放水;②地面預先打降水井降水。

3碴土改良

水、碴離析使水壓未能得到遞減緩解，直接作用到螺機口，是造成盾構噴涌的另一重要成因。向土倉中添加膨潤土、高效聚合物等阻水材料，可有效改善碴土的和易性、隔水性，從而降低噴涌的可能。

4掘進參數(shù)

通過優(yōu)化掘進參數(shù)也可很大程度減少噴涌的可能。在進入穩(wěn)定地層后，適當減小艙內(nèi)土壓力值;增大推力，加快掘進速度，增加碴土進量;適當加快螺機轉(zhuǎn)速，將土倉內(nèi)大塊碴土排出，以免積艙使掘進速度上不去，大顆粒排不出，小顆粒又從空隙中流失;盡量避免長時間停機，停機時盡量將土艙艙位提高，并土倉壓力保起大于后部水壓，防止土艙內(nèi)積水過多。若砂層中掘進，可向土倉內(nèi)注入空氣，疏干周圍土體中的水，利用地下水滲透和掘進時差，防止噴涌發(fā)生。

5設備設計

盾構設計時，針對易噴涌地層螺機采取雙閘門設計，在兩道閘口間預留保壓泵接口，在發(fā)作噴涌時敏捷封閉閘口，打開接口法蘭接保壓泵排渣。為有效減少清碴時間，設計制作皮帶機擋土板，以避免碴土從皮帶機上掉落。實踐證明，此方法可以有效的減少清碴時間，為掘進節(jié)省了大量時間。

五、結束語

首先，在進行施工之前需要對地質(zhì)報告進行詳細的分，一旦確定其中可能存在噴涌的底層，應該在施工設計階段就采取應對策略，如果是存在小部分的水量底層，可以采取地面鉆孔注漿處理。其次，如果采取降水措施，需要特別注意細顆粒隨水流失問題，避免因造成地面沉降，同時應注意對周邊環(huán)境的影響。此外，還需要根據(jù)實際出碴含水量調(diào)整土倉壓力、推力、螺機轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)，降低噴渣帶來的影響。如果一旦發(fā)生噴涌要密切注意出土量，充分估計抽水帶走的細顆粒含量，避免超挖。若上覆地層自穩(wěn)性較差，應加密監(jiān)測和巡查。最后，一旦有碴掉落盾尾，應利用機械輔助清碴等方式或?qū)η宀旯と藢嵭幸欢ǖ募畲胧?，加快清碴的效率，盡量縮短清碴時間。

參考文獻：

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（作者單位：中鐵三局集團橋隧工程有限公司）