主講人：李昭暉SAFETYMANAGEMENTofUNDERGROUDENGINEERINGCONSTRUCTION地下工程施工安全管理盾構施工風險管理螺旋機噴涌分析及控制措施目錄螺旋機噴涌與卡死事故案例螺旋機發生噴涌的機理螺旋機噴涌引起的危害1444234防止噴涌施工措施4一、螺旋機噴涌與卡死事故案例

北京地鐵十四號線7標西鐵營站～右安門外站區間，區間全長704.700m，覆土16m左右，下穿涼水河段覆土約9.3m，盾構穿越的主要為卵石⑦層。區間采用土壓平衡盾構法施工。1.1區間隧道概況一、螺旋機噴涌與卡死事故案例在施工過程中，當盾構機掘進至241環位置，盾構機由于土體改良出現問題，大粒徑碎石出現嚴重離析情況，并且出現一次比較嚴重的噴涌現象，導致螺旋機卡死。在解決螺旋機卡死過程中，盾構機停機達到9個小時，并且這期間進行過刀盤轉動。當螺旋機恢復正常工作狀態后，又一次出現大量噴涌，進而導致了河道內坍塌。坍塌位置正處在河道中心位置。

在對河道進行了開挖后發現，當盾構機進入河道的位置開始，這一段地層都出現了不同程度的塌陷，基本塌陷寬度3m，深度1m。1.2事故發生過程河床塌陷區29日圍堰施工情況一、螺旋機噴涌與卡死事故案例1.2事故發生過程噴涌情況：出土口、皮帶機、隧道內一、螺旋機噴涌與卡死事故案例1.2事故發生過程噴涌情況：土箱內二、螺旋機發生噴涌的機理一般隧道施工工程，盾構掘進的地層由上至下為素填土、粉質黏土、細砂、粗砂、礫砂及圓礫。當盾構機工作于礫砂地層，礫砂飽和，中密，滲透性較好時，屬中等滲透性。其具有明顯的觸變性和流動性，在一定動水壓力下，具有產生流土或管涌的可能，盾構開挖時易產生嚴重流砂。

本工程中，當盾構機工作于圓礫，飽和，中密，顆粒大小混雜，均勻性較差，最大直徑達4～5cm。該層巖性成分較復雜，磨圓度較好，多為亞圓～圓形，滲透性好，水量極為豐富，為強透水層。在盾構施工時易發生涌水、突水，影響施工安全。圍巖穩定性也比較差，容易坍塌、變形。二、螺旋機發生噴涌的機理土壓平衡盾構開挖面穩定機理是：在停機時，刀盤切削下來的砂土充滿土倉，使土倉內的土壓力與外界水土壓力相平衡。掘進過程中，用螺旋輸送機來調整出土的速度和出土量，使進土與出土保持動態平衡，確保盾構掘進過程中開挖面的穩定。若開挖面存在高水壓，且土層的滲透系數較大，會使開挖面內的渣土變稀，流動性變大。高壓力的水體穿越土倉和螺旋輸送器形成集中荷載，造成土倉內和螺旋機后閘門口的壓力增高，刀盤扭矩增大，掘進速度減慢，當閘門打開時發生噴涌，土倉內壓力減小，當關上閘門，地層中的水又很快會充滿土倉內，土倉內的土壓力又迅速上升之后，打開螺旋輸送機后泥水噴出，導致盾構無法正常掘進。三、螺旋機噴涌引起的危害

首先，大量的泥水從螺旋機出渣口噴出，嚴重影響到連接橋區域內的施工環境，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。三、螺旋機噴涌引起的危害其次，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，將又會產生噴涌。這樣就會形成惡性循環，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。三、螺旋機噴涌引起的危害再次，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，容易出現地面沉陷。四、防止噴涌施工措施在巖層中掘進，遇上隧道下坡段，必須切斷管片與圍巖間隙匯集的地下水與開挖面的水力聯系。管片處于巖層含水層中長度越長，管片背后儲存的水力和壓力就越大；因此，同步注漿效果必須達到完全填實襯砌空隙并可以阻水，避免土倉與管片背后形成水力通道。為保證注漿效果，過巖層段注漿以同步注漿和二次注漿相結合的方式進行。同步注漿采用水泥砂漿，二次補充注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，每隔5環灌注雙液漿切斷隧道后方水源。

1、及時切斷部分水源：

四、防止噴涌施工措施2、改善渣土性能

當噴涌較大時，采用向土倉內添加聚合物，將渣土和地下水形成固態或者半固態以利于螺旋機出渣，減少噴涌。

高吸水性樹脂類

由于高吸水性樹脂吸水而不溶于水，可以吸收自身質量幾百倍的地下水成為膠凝狀態，如圖所示。所以對防止高水壓地基的噴涌有很好的效果。樹脂填充砂土的顆?？障叮岣咄馏w的流動性。四、防止噴涌施工措施

（1）做好排污泵的儲備，除現場配備的排污水泵外在倉庫備用排污泵，發生水泵損壞時能及時更換，及時將盾尾積水排出保證管片拼裝。3、增加排污能力，保證隧道正常施工（2）在下坡段隧道施工時如果盾尾積水無法及時排出，可在管片輸送器后方增設防水堤（沙袋），減少隧道積水往管片拼裝區域匯集，同時可增加水泵往防水堤后方排水保證管片正常拼裝。四、防止噴涌施工措施

4、合理使用螺旋輸送機的設計能力，防止水淹隧道的情況出現。

螺旋輸送機共有兩道閘門，第一道閘門在前體與土倉之間的中隔板附近，第二道閘門在出渣口。在掘進過程中如出現大量地下水時，應做以下處理：

（1）控制第二道閘門的開口度并觀察皮帶機是否能將渣土及地下水混合物運輸至渣土斗，如不能采取第（2）步驟。

四、防止噴涌施工措施（2）關閉螺旋輸送機的螺桿旋轉，控制第二道閘門開口度排清水，同時盾尾排污泵開啟往井口排水，待閘門處的水不帶壓力后開啟螺桿選擇進行出渣。如出現閘門處水壓長期不能泄壓并超出隧道排污能力的情況則進行（3）步驟。（3）如出渣口閘門水壓長期帶壓并超出隧道排污能力，應關閉閘門，如第二道閘門不能將地下水完全封閉則將螺桿收縮并關閉第一道閘門，同時召開專家會討論下一步施工方案。四、防止噴涌施工措施5、在后續拼裝的管片外弧面加一圈泡沫條和棉被，阻斷后方水源。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計

6.1雙螺旋輸送器，顧名思義就是在單級螺旋輸送器的基礎上再增加一級螺旋輸送器，每級螺旋輸送器具備獨立的驅動系統，既可聯動控制也可每級獨立操作。

目前，國內外土壓平衡盾構機采用雙螺旋輸送器的連接形式主要有3種:對接、搭接、間斷。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計二級螺旋機（適用于地下水易噴涌的地層）

第1級螺旋輸送器采用頂部端頭軸向驅動，第2級采用底部端頭軸向驅動，第1級與第2級之間采用球形連接，并設有分隔閘門。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計盾構機配置雙螺旋輸送器由于受安裝空間限制，1、2級螺旋輸送器的直徑最大只能達到700mm，不能像單級螺旋輸送器一樣直徑可以達到900mm，所以雙螺旋輸送器通過渣塊的最大粒徑及輸送能力均次于單級螺旋輸送器。同時，由于第1級螺旋輸送器驅動系統安裝處于固定位置，所以不具有伸縮功能，在土倉中螺旋輸送器的進土口不能安裝閘門，在第1、第2級之間連接處安裝第1道閘門，在第2級螺旋輸送器出土口安裝第2道閘門，其底部裝有泄水閘閥，通過管道排入盾構機內的污水池。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計操作使用

在掘進過程中，一旦發現螺旋輸送器出土口有少量的泥漿、泥砂涌出并有噴涌發生的征兆時，可以調節2段螺旋輸送器的轉速，使第2級螺旋輸送器轉速小于第1級，這樣由于第1級螺旋輸送器輸出的渣土多于第2級螺旋輸送器輸出的渣土，使渣土很快在2段螺旋輸送器間積聚而形成土塞，從而可以有效地防止噴涌的發生。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計

一旦發現出土口有大量的泥漿、泥砂噴出，則快速將雙螺旋輸送器停機，將雙螺旋輸送器的聯動控制改為手動獨立控制，關閉出土口閘門及第1、2級螺旋輸器之間的閘門，通過第2級螺旋輸送器底部卸水閘閥將第2級螺旋輸送器內壓力水排出，再打開第2級螺旋輸送器的出土口閘門，排空螺旋器內的渣土后關閉該閘門，再打開第1、2級螺旋器之間的閘門，使土倉內積水進入螺旋器后關閉該閘門，依此循環開、關第2級螺旋輸送器底部的卸水閘閥，以及第2級螺旋輸送器出土口閘門，第1、2級螺旋輸送器之間的閘門，即可制止發生噴涌，防止大量的泥漿、泥砂噴入隧道內，并提高土倉壓力，使其大于掌子面壓力20kPa，并快速掘進通過該區域。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機防噴涌設計保壓泵渣裝置就是為了解決