山东螺旋输送机喷涌的成因及预防措施研究

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螺旋输送器介绍：  

螺旋输送器是土压平衡盾构机重要部件，作用有二个：  

一是掘进中碴土排放的通道；二是掘进时螺旋机内形成土塞建立前方土仓的压力。山东螺旋输送机分为有中心轴和无中心轴二种，我项目使用的为有中心轴，为了更好的在螺旋机内形成土塞，减少喷涌的发生，在螺带中部有一段螺带不连续，使碴土在此段得到适当的压缩，增加土仓的密封效果。  

螺旋输送器外侧直径为900㎜，速度范围（无级变速）0～22r/min，最大扭矩215Knm，输送能力300m3/h。  

螺旋输送器前端即土仓里设置了一对闸门，在需要时，可将螺旋输送机体前后伸缩，关闭闸门，使盾构机与开挖面彻底分离。如图。  

按照顺序，螺旋输送机收缩并闸门关闭过程。  

即使在突然断面的情况下，盾构机上储存的电量也足以将闸门关闭。  

喷涌的害处：  

螺旋输送器发生喷涌时，大量高压泥浆从出土口喷射出来，喷射泥浆能把盾体上的管线全部污染（车架连接处），滴流下来的泥浆汇到盾构机下部，会淹没下部管片，造成管片拼装困难。这种情况下，工作人员不得不停下正常施工去清理泥巴，影响进度。  

大量地下水喷涌而出，时间长了会使掌子面与地层水系连通，地下水大量流失造成地表下沉，甚至建筑物下沉。如果不采取措施风险程度会非常可怕。  

螺旋输送器喷涌形成的环境：  

为什么会喷涌呢？经过长时间的现场实践，也参考了许多资料，总结如下。  

1、富水地层引发喷涌。如果隧道断面处于复合地层中，断面上部是粉质粘土，下部为强风化围岩、中风化围岩，或者三种地层错纵交叉，那么地层交界处往往地下水丰富。在开挖时虽然减少泡沫用量，但是因为每开挖一环要用1个小时以上，所以喷涌不可避免。  

2、富水断裂带引发喷涌。我们项目没有发生这种情况，但是可想而知，隧道被丰富的地下水包围，而且地质上裂隙发育，肯定会喷涌。  

3、江河下隔水层被击穿引发喷涌。盾构工作面处于江河下面，或者下穿河道要十分小心。

4、隧道尾部渗流水汇入掌子面引发喷涌。隧道处于自立性较高的围岩中，好处是地层稳定不容易下沉，但是如果因此而忽视了注浆量，注浆不密实或者二次注浆没有起到补足的作用，地下水会沿着管片外壁由后向前流动，当大量的地下水流入掌子面时，在土仓内形成较大的水压力，开仓出碴时当然会喷涌。如果处于砂质土中更要小心，大量喷涌带出细砂使地层中存在空洞，如果没有发现或者不重视，轻者会造成地表下沉超限，重者可能会大面积坍塌。  

5、在粘土地层中喷涌。在粘土地层中，如果没有合理使用泡沫剂，或者刀盘的转速慢而推进快，碴土不能均匀打散成粘稠状，在土仓内会结成泥饼。结泥饼后的土仓空间被挤压，刀盘带着大块的泥饼转动使机械加大了推力，吃力地向前走。掌子面的碴土要出来，被泥饼阻住出不来，越结越多越结越硬，粘土地层一般含水量是饱和状的，地下水越聚越多，当打开螺旋输送器阀门时喷涌发生。我们施工右线到K7+200附近时，换刀时发现土仓内有结泥饼现象，增加了刀具的磨损程度。  

螺旋输送器喷涌的防治措施：  

在富水地层掘进，地下水含量较大，可以在盾构机掘进参数上合理调整。比如：掘进时向土仓加入膨润土，刀盘转速加大，推进速度减慢，使膨润土与碴土多搅拌一会，形成和易性较好的粘稠状碴土，会不同程度减轻“土是土、水是水”的现象，减少喷涌。  

在自立性较好的中风化围岩中掘进，根据注浆压力合理调整注浆量，补充措施是二次注浆，水泥—水玻璃双液浆起到阻止地下水形成通道的作用。另外可以采取在管片注浆孔上打孔放水的方法，掌子面水压力减小了喷涌也就减少了。  

防止在粉质粘土地层中结成泥饼。主要是合理使用发泡剂，怎么样使用才是合理的呢？从实际经验中发现，没有一个固定的数字是万能的，随着地质的千变万化，发泡剂的用量、水的比例、使用孔数及位置、总的流量也随时调整。通过视频观察螺旋输送器出碴口，如果碴土比较粘稠，就算合理。  

总结：  

在施工过程中，螺旋输送器喷涌发生机率较高，主要发生在富水段、断面处于地层交界地段、停机时间较长时。  

喷涌造成出碴量大，一列车出不完，影响了每一环的开挖进度；喷涌污染了施工环境，造成了人力的付出；喷涌造成地下水流失，监控量测工作要及时反馈信息，增加注浆量。  

综观我们的施工情况：喷涌不可避免，盾构机司机细心观察，合理调整掘进参数，可以减少喷涌次数。  

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