螺旋機(jī)噴涌分析及控制措施

主講人：李昭暉SAFETYMANAGEMENTofUNDERGROUDENGINEERINGCONSTRUCTION地下工程施工安全管理盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理螺旋機(jī)噴涌分析及控制措施目錄螺旋機(jī)噴涌與卡死事故案例螺旋機(jī)發(fā)生噴涌的機(jī)理螺旋機(jī)噴涌引起的危害1444234防止噴涌施工措施4一、螺旋機(jī)噴涌與卡死事故案例

北京地鐵十四號線7標(biāo)西鐵營站～右安門外站區(qū)間，區(qū)間全長704.700m，覆土16m左右，下穿涼水河段覆土約9.3m，盾構(gòu)穿越的主要為卵石⑦層。區(qū)間采用土壓平衡盾構(gòu)法施工。1.1區(qū)間隧道概況一、螺旋機(jī)噴涌與卡死事故案例在施工過程中，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至241環(huán)位置，盾構(gòu)機(jī)由于土體改良出現(xiàn)問題，大粒徑碎石出現(xiàn)嚴(yán)重離析情況，并且出現(xiàn)一次比較嚴(yán)重的噴涌現(xiàn)象，導(dǎo)致螺旋機(jī)卡死。在解決螺旋機(jī)卡死過程中，盾構(gòu)機(jī)停機(jī)達(dá)到9個小時，并且這期間進(jìn)行過刀盤轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺旋機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)后，又一次出現(xiàn)大量噴涌，進(jìn)而導(dǎo)致了河道內(nèi)坍塌。坍塌位置正處在河道中心位置。

在對河道進(jìn)行了開挖后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入河道的位置開始，這一段地層都出現(xiàn)了不同程度的塌陷，基本塌陷寬度3m，深度1m。1.2事故發(fā)生過程河床塌陷區(qū)29日圍堰施工情況一、螺旋機(jī)噴涌與卡死事故案例1.2事故發(fā)生過程噴涌情況：出土口、皮帶機(jī)、隧道內(nèi)一、螺旋機(jī)噴涌與卡死事故案例1.2事故發(fā)生過程噴涌情況：土箱內(nèi)二、螺旋機(jī)發(fā)生噴涌的機(jī)理一般隧道施工工程，盾構(gòu)掘進(jìn)的地層由上至下為素填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粗砂、礫砂及圓礫。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)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(chǎn)生流土或管涌的可能，盾構(gòu)開挖時易產(chǎn)生嚴(yán)重流砂。

本工程中，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)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(dá)4～5cm。該層巖性成分較復(fù)雜，磨圓度較好，多為亞圓～圓形，滲透性好，水量極為豐富，為強(qiáng)透水層。在盾構(gòu)施工時易發(fā)生涌水、突水，影響施工安全。圍巖穩(wěn)定性也比較差，容易坍塌、變形。二、螺旋機(jī)發(fā)生噴涌的機(jī)理土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機(jī)理是：在停機(jī)時，刀盤切削下來的砂土充滿土倉，使土倉內(nèi)的土壓力與外界水土壓力相平衡。掘進(jìn)過程中，用螺旋輸送機(jī)來調(diào)整出土的速度和出土量，使進(jìn)土與出土保持動態(tài)平衡，確保盾構(gòu)掘進(jìn)過程中開挖面的穩(wěn)定。若開挖面存在高水壓，且土層的滲透系數(shù)較大，會使開挖面內(nèi)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(nèi)和螺旋機(jī)后閘門口的壓力增高，刀盤扭矩增大，掘進(jìn)速度減慢，當(dāng)閘門打開時發(fā)生噴涌，土倉內(nèi)壓力減小，當(dāng)關(guān)上閘門，地層中的水又很快會充滿土倉內(nèi)，土倉內(nèi)的土壓力又迅速上升之后，打開螺旋輸送機(jī)后泥水噴出，導(dǎo)致盾構(gòu)無法正常掘進(jìn)。三、螺旋機(jī)噴涌引起的危害

首先，大量的泥水從螺旋機(jī)出渣口噴出，嚴(yán)重影響到連接橋區(qū)域內(nèi)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(jī)，必須清理渣土，而渣土清理采用人工清理，耗時長。三、螺旋機(jī)噴涌引起的危害其次，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)停止掘進(jìn)，關(guān)閉螺旋機(jī)出渣口閘門時，土倉內(nèi)的泥水又迅速填滿整個螺旋機(jī)，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(jìn)速度放緩，盾尾渣土清理時間很長，嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工進(jìn)度。三、螺旋機(jī)噴涌引起的危害再次，由于在噴涌過程中無法有效控制實(shí)際出土量，使得盾構(gòu)在推進(jìn)過程中難以建立真正的土壓平衡，容易出現(xiàn)地面沉陷。四、防止噴涌施工措施在巖層中掘進(jìn)，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(lián)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(dá)到完全填實(shí)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(jié)合的方式進(jìn)行。同步注漿采用水泥砂漿，二次補(bǔ)充注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，每隔5環(huán)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(dāng)噴涌較大時，采用向土倉內(nèi)添加聚合物，將渣土和地下水形成固態(tài)或者半固態(tài)以利于螺旋機(jī)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(zhì)量幾百倍的地下水成為膠凝狀態(tài)，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?，提高土體的流動性。四、防止噴涌施工措施

（1）做好排污泵的儲備，除現(xiàn)場配備的排污水泵外在倉庫備用排污泵，發(fā)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(shè)防水堤（沙袋），減少隧道積水往管片拼裝區(qū)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(jī)的設(shè)計(jì)能力，防止水淹隧道的情況出現(xiàn)。

螺旋輸送機(jī)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(jìn)過程中如出現(xiàn)大量地下水時，應(yīng)做以下處理：

（1）控制第二道閘門的開口度并觀察皮帶機(jī)是否能將渣土及地下水混合物運(yùn)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(guān)閉螺旋輸送機(jī)的螺桿旋轉(zhuǎn)，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(jìn)行出渣。如出現(xiàn)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(jìn)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(yīng)關(guān)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(guān)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(xù)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(jī)防噴涌設(shè)計(jì)

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(chǔ)上再增加一級螺旋輸送器，每級螺旋輸送器具備獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)，既可聯(lián)動控制也可每級獨(dú)立操作。

目前，國內(nèi)外土壓平衡盾構(gòu)機(jī)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(jī)防噴涌設(shè)計(jì)二級螺旋機(jī)（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(qū)動，第2級采用底部端頭軸向驅(qū)動，第1級與第2級之間采用球形連接，并設(shè)有分隔閘門。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)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(dá)到700mm，不能像單級螺旋輸送器一樣直徑可以達(dá)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(qū)動系統(tǒng)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(jìn)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(gòu)機(jī)內(nèi)的污水池。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)操作使用

在掘進(jìn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)螺旋輸送器出土口有少量的泥漿、泥砂涌出并有噴涌發(fā)生的征兆時，可以調(diào)節(jié)2段螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速，使第2級螺旋輸送器轉(zhuǎn)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(fā)生。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)

一旦發(fā)現(xiàn)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(jī)，將雙螺旋輸送器的聯(lián)動控制改為手動獨(dú)立控制，關(guān)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(nèi)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(nèi)的渣土后關(guān)閉該閘門，再打開第1、2級螺旋器之間的閘門，使土倉內(nèi)積水進(jìn)入螺旋器后關(guān)閉該閘門，依此循環(huán)開、關(guān)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(fā)生噴涌，防止大量的泥漿、泥砂噴入隧道內(nèi)，并提高土倉壓力，使其大于掌子面壓力20kPa，并快速掘進(jìn)通過該區(qū)域。四、防止噴涌施工措施

6.螺旋機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)保壓泵渣裝置就是為了解決