富水砂岩中预防螺旋机喷涌及管片上浮的技术总结

富水砂岩中预防螺旋机喷涌及管片上浮的技术总结

廖俊源

广州地铁建设管理有限公司    广东省广州市  510000

摘要：盾构施工是地铁工程区间隧道施工最常用工法。本文结合广州地铁十二号线东湖站~二沙岛站~岭南广场站区间盾构掘进施工案例，探讨了盾构在小半径转弯、下坡段掘进裂隙发育富水砂岩地层中盾构掘进螺旋机喷涌及管片上浮问题，结合现场注浆工艺改进等方面进行优化与试验，探索出在此类工况下控制裂隙发育岩层中预防螺旋机喷涌及管片上浮的技术管理措施，为以后盾构在类似地层盾构掘进施工提供宝贵的经验和施工控制指导。

1引言

本文结合广州市轨道交通十二号线东湖站~二沙岛站~岭南广场站区间在富水砂岩中盾构施工螺旋机喷涌及管片上浮现象的工程实例，重点从盾构掘进过程中注浆质量管控方面入手，探讨解决螺旋机喷涌及管片上浮问题。

2工程概况

广州市轨道交通十二号线东湖站～二沙岛站～岭南广场站区间采用直径6.66m土压平衡盾构机，两个区间盾构均从二沙岛站始发，穿越珠江前、后航道，地层裂隙水丰富， 其中二沙岛站～岭南广场站区间线路平面最小曲线半径为470m，最大纵坡27‰，隧道埋深10～25m，二沙岛站～东湖站线路平面最小曲线半径为350m，最大坡度为28.5‰，隧道埋深11～24 m，盾构隧道主要穿越强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。

3施工过程中出现的情况

3.1螺旋机喷涌

盾构主要穿越强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，围岩裂隙较为发育，加上隧道距珠江较近，地下水系与珠江连通，地下水补给快，在二岭区间左线掘进时螺旋机出现了间断性的喷涌，导致掘进进度急剧下降，掘进参数恶化，工人因为喷涌清渣苦不堪言，每环掘进间隔时间超过5h，掘进一度陷入喷涌清渣的恶性循环。

3.2管片上浮

二岭区间及东二区间始发段均处于大坡度的下坡。在二岭区间左线掘进时出现了浆液不凝固或初凝时间长，甚至出现超过24h仍未初凝的现象，造成管片背后填充失效，管片无法固定，最终导致成型管片局部上浮明显、出现多处管片错台及渗漏情况。

4主要的原因分析

4.1地层裂隙水丰富

二沙岛内盾构掘进线路上地面至隧道顶地层主要为<1-1>杂填土、<2-1a>淤泥质土、<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<7-2>强风化粉砂质泥岩、<8-2>中风化粉砂质泥岩，拱顶上方无隔水层，且强中风化粉砂质泥岩裂隙发育，地下水与珠江水系连通。

4.2注浆质量管控不到位

二岭区间左线在刚进入全断面岩层阶段，未能及时调整注浆方案及日掘进进度，每环注浆量仍为6~7m³，单日最高掘进量为19环，导致出现浆液不凝固或初凝时间长，甚至出现超过24h仍未初凝的现象。随着盾构机大坡度的下坡掘进，盾尾地下水压力不断增大，进一步影响注浆效果。

4.3对地层特性认识不足

在刚开始出现轻微喷涌时，由于对富水砂岩的认识不足，专业人员提醒现场进入全断面岩层后要做好注浆质量管控、控制好掘进速度时，现场没有引起足够的重视，同时为了减少喷涌的时间，反而继续加快掘进速度，最终导致后方来水不断增大，出现严重喷涌及较大的管片上浮问题。

5采取的主要措施

5.1掘进管控措施

在出现螺旋机喷涌后，首先需要解决的是喷涌问题，确保盾构能够顺利掘进，然后再通过调整同步注浆、二次注浆工艺，保障管片背后砂浆填充密实，预防后续推进过程中再次出现喷涌及管片上浮等问题。主要措施如下：

（1）进行主动排水

在盾构开始推进前首先要将土仓内汇水主动排出，可通过从土仓壁接排水管有序排出，然后再用气置换部分渣土降低仓位至中心位置后才正常掘进，该方法只能是在排水、置换渣土可行的情况下使用，适用于轻微喷涌的情况。

（2）调整掘进参数

若排水和置换渣土难以实行，喷涌严重的时，盾构刚开始推进时可将土仓压力尽量高一些，推进前提前转动刀盘，出土时螺旋机闸门开、关需及时，司机要保持精神高度集中。螺旋机闸门开度可根据出渣情况适时调整，可常开启外闸门，通过适时控制内闸门开启来控制出土，螺旋机转速可适当转快一点，以喷出的稀渣土不掉入皮带机下方为准，待出渣顺利了应提高螺旋机转速和内外闸门开度降仓位，根据扭矩实时调整推力。

（3）适时提高仓位

掘进停止前10~15cm不再往刀盘和土仓内加水，可适量憋点土以提高仓位至2/3仓左右，保证仓内尽量少汇水，停机期间仓内加气保压应连续不间断。

（4）缩短清渣时间

盾构施工过程中，应加强班组建设管理及工序衔接管控，尽量缩短每一环的间隔时间，保证掘进的连续性，盾构司机、值班工程师和班组长要相互协调、沟通，搞好班组建设，提高班组的能动性和凝聚力。当出现喷涌现象时，需加大盾尾清理人员的投入，尽量缩短盾尾清理的时间。

5.2注浆管控措施

（1）优化同步注浆配合比

优化调整同步注浆浆液质量，缩短浆液的初凝时间至3h左右（优化后浆液配合比见下表），加快成型隧道初步稳定。同时要求现场管理人员加强监管，严禁操作人员私自更改配合比及拌制方量。

表1 同步注浆浆液配合比

（2）同步注浆落实“双控”管理

同步注浆实行注浆量与压力“双控”管理，同步注浆量调整为至少8m³/环，充盈系数约1.7，注浆压力在0.3～0.4MPa。同时，掘进速度不宜太快，控制在30～40mm/min，保证浆液填充的效果。后期同步注浆量可根据管片开孔检查情况进行动态调整。

（3）强化二次注浆管控

为提高注浆效果，尽快稳定管片，二次注浆浆液采用水玻璃溶液或双液浆，在管片脱出盾尾第3环位置与同步注浆一起进行，每3环一注（需进行提前开孔），既能尽早稳固管片，防止管片脱出盾尾后出现上浮错台，也能极大减少管片渗漏及破损。水玻璃溶液按水玻璃与水体积比1:1配置，每次注入量约0.15m³。双液浆为水泥浆与水玻璃溶液，其中水泥浆水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃溶液体积比为1:1，注入量根据压力控制，压力一般控制在0.5MPa以内。

（4）加大管片开孔检查频率

现场至少每10环需进行一次顶部注浆孔开孔检查，检查浆液密实程度。在脱出盾尾10～15环管片处，采用电钻在拱顶人工开孔检查浆液填充情况，若管片背后有气体或水流出、无水泥浆时，需在检查孔位置或附近合适位置另行开孔注入水泥浆或双液浆或同步砂浆填充间隙。

在停机补注砂浆的过程中，需密切关注土仓压力变化情况，同时注浆操作人员应关注周围管片的变化（特别是无法掌握注浆压力的情况下），如发现仓压持续升高，应立即通知暂停注浆。如果盾尾附近的浆液已初凝的情况下，也可新增在腰部开孔作为观察和泄压孔。

（5）及时施做止水环箍

当地层内水量及水压较大时，采用上述方式仍无法保证同步注浆效果时，可以每隔10～15环施做一道止水环箍。为了保证止水环箍的效果，至少连续两环开孔施做。以管片拼装1点位为例进行说明：如第1环先在吊装孔3、4、5、6位置开孔（腰部及以上部位），全部装好球阀，首先从吊装孔6注浆，打开吊装孔5球阀检查注浆效果，待吊装孔5有浆液流出时停止注浆，把吊装孔6、吊装孔5的球阀关好；然后从吊装孔3注浆，待吊装孔4有浆液流出时停止注浆，把吊装孔3、吊装孔4的球阀关好；最后从吊装孔5注浆，注浆压力达到0.5MPa时停止注浆；封顶块只开孔检查不进行注浆。第二环止水环施做同第一环，两环止水环施做完成后可达到较好的止水效果。

6经验总结

通过分析总结，盾构在富水砂岩中掘进，同步注浆及二次注浆质量尤为关键。我们需做好每环的同步注浆及二次注浆质量管控，每10环开孔验证注浆质量，在发现管片背后填充不密实时，应及时停止掘进进行补充注浆。只有持之以恒的做好每环的注浆质量管控，才能真正遏制喷涌及管片上浮等问题。