土压平衡盾构喷涌发生机理研究
土压平衡盾构机盾尾渗漏原因分析及预防措施
土压平衡盾构机盾尾渗漏原因分析及预防措施摘要：随着社会经济的不断发展和进步，科学技术的发展也得到了飞跃。
城市作为人类生活的空间，交通设施建设的重要性也就不言而喻了，城市的飞速发展及现代化，隧道在城市中的建设施工也越来越多。
而在隧道盾构法的施工过程中，如果土压平衡盾构机发生了地下水、泥浆、油脂等污物渗漏的情况，必然会对施工中的掘进工作带来不良的影响，极大地影响盾构施工进度，特别是这些污物如果通过盾尾和隧道中安装的管片间间隙的泄漏，必然会对隧道盾构机的施工安全和使用寿命造成极大的威胁。
不仅如此，盾尾渗漏的现象还会影响隧道的防水性能，而且造成地表土壤的沉降和隆起现象。
本文就土压平衡盾构机盾尾渗漏的原因进行分析和探讨，并结合具体的施工工作提出一些可供参考的意见和措施，保证隧道盾构法施工的工程质量安全和使用寿命。
关键词：土压平衡；盾构机；盾尾渗漏；原因分析；预防措施中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：一、土压平衡盾构机的施工原理土压平衡盾构机的原理实际上是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘来运行工作的，土压平衡盾构机全断面切削刀片通过将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内达到使舱内具有一定的压力来实现与开挖面水土压力平衡的作用，从而以减少盾构推进对地层土体的扰动方式来达到控制地表沉降良好效果，土压平衡盾构机在出土时则是由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续不断的将土渣排出。
螺旋运输机一般是利用转速的控制来控制出土量的多少，因此，出土量与土压平衡盾构机前面的全断面切削刀片速率配合的十分紧密，从而有力的保证了密封舱内合理的泥土容量，使密封舱内有足够的泥土而又不会出现饱满导致问题发生的状况。
土压平衡盾构机的利用避免了局部气压盾构主要缺点及问题的出现，也极大地节约了投资成本，就是节约了用于泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备的投资和使用。
特别需要注意的是在盾构在进行掘进工作时，如果土压平衡盾构机的掘进速度超出出土速度，必然会导致地表土壤的隆起；反之，土压平衡盾构机的绝掘进速度小于出土速度时，就导致土压力降低、地面沉降降幅加大的现象。
盾构机施工中的土压平衡理论与实践研究
盾构机施工中的土压平衡理论与实践研究在现代城市化进程中，地下空间的开发越来越重要。
为了满足城市建设的需求，盾构机作为一种先进的地下工程施工设备，被广泛应用于地铁、隧道等工程的建设中。
其中，土压平衡掘进技术是盾构机施工的重要工艺之一。
土压平衡掘进技术是指通过在盾构机前部施加与地层土壤实际压力相等的土压力，以达到地下工程施工的稳定和安全。
该技术的理论与实践研究，对于提高盾构施工的效率和质量具有重要意义。
首先，土压平衡掘进技术的理论研究是其实践应用的基础。
研究人员通过对各种地层条件下的土壤力学性质进行实验与分析，建立了土压平衡掘进技术的理论模型。
通过建立数学模型，可以计算预计施工过程中所需要施加的土压力，并对盾构机的结构进行优化设计。
这些理论研究为土压平衡掘进技术的实践施工提供了科学依据。
其次，土压平衡掘进技术的实践研究对提高工程施工质量具有重要意义。
实践施工中，研究人员根据实际地层条件和施工要求，选择合适的盾构机类型、开挖参数以及支护措施。
通过实地观察和测量，对各个施工阶段的土压力进行监测和调整。
实践研究的目标是使盾构施工过程中的土壤应力保持平衡，确保施工的安全与稳定。
土压平衡掘进技术主要依赖于盾构机内的控制装置对施加的土压力进行调节。
在盾构机施工过程中，控制装置会根据前方土层的情况自动调整并保持与土壤实际压力相等的土压力。
这一技术的运用可以减少地层的沉陷和变形，保证地面和地下结构的稳定与安全。
然而，土压平衡掘进技术的实际应用仍然存在一些挑战和难点。
首先，不同地层条件下的土壤力学性质各异，需要根据实际情况进行合理的参数选择和调整。
其次，施工过程中可能会遇到地质灾害，如破碎带、软弱层等，这对盾构机的操作和控制提出了更高的要求。
此外，土压平衡掘进技术受到环境保护的制约，需要采取合适的措施来减少施工对环境的影响。
为了解决这些挑战，研究人员通过不断的实践和创新，不断改进土压平衡掘进技术。
他们致力于开发更精确、更灵活的控制装置，提高盾构机的自适应性和可靠性。
富水砂层地铁施工的土压平衡式盾构机喷涌控制技术
174研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2019.04 (下)防止工作燃油泵的出口压力燃油通过另一个燃油泵倒流回燃油箱。
如更换逆止阀无效，则问题肯定发生在燃油泵或电机身上，则应更换燃油泵电机组。
1.2 燃油中有气首先试验是哪个燃油泵造成有气或两个燃油泵均造成有气。
（1）如仅是一个燃油泵有气，问题发生在燃油粗滤器到燃油泵之间。
主要存在以下三个方面：①粗滤器连接燃油泵的管路松动或抗劲，紧固接头配合不密贴，需要紧固各接头；②燃油泵的截止阀阀芯不严，造成吸气，需要更换截止阀；③燃油泵油封不良，造成该处吸气，需要更换燃油泵的油封。
（2）如两个燃油泵均有气，则问题发生在燃油粗滤器以前的管路部分或粗滤器本身。
主要存在以下四个方面：①用检测锤敲击粗滤器前各管路接口（包括车下吸油口法兰及接口），粗滤器上方端盖螺丝及下方放油堵，检查有无裂漏、松动现象，并经紧固之后进行试验，燃油压力达到正常状态；②拆检粗滤器，检查粗滤器内部各胶圈是否啃伤、老化或漏装，该现象一般发生在刚换完粗滤器滤芯的机车上，由于没有严格按照燃油粗滤器的检修作业要求进行作业，按照规定要求重新进行组装；③粗滤器前管路抗劲造成吸气，应将管路拆下检查接头配合状态，消除抗劲，重新紧固，确保联接状态良好；④燃油箱内吸油管腐蚀，造成吸气。
但该处在没土压平衡盾构机为现阶段地铁施工中掘进技术的主要应用器械，但其穿越富水砂层进行掘进工作时有较大概率出现喷涌现象，造成额外施工现象出现。
针对该问题，本文结合某地工程展开分析，借鉴地极渗流破坏机理进行计算模型构建，通过计算机计算结合实际情况分析喷涌状况产生的关键因素，解决问题的同时对未来施工中的对应因素加以控制，实现喷涌控制，避免额外施工。
1 工程分析1.1 施工地质条件本文中所分析工程为西安地铁一号线二期森林公园站至富水砂层地铁施工的土压平衡式盾构机喷涌控制技术刘琦（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100000）摘要：随着我国人口增多，城市交通需求愈发强烈，地铁作为城市交通设施中较为重要的形式，不仅能够减轻城市交通需求压力，还能通过此公共交通方式减少污染排放，间接保护环境。
高强度灰岩中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术
高强度灰岩中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术摘要：本文基于城市轨道交通工程实例，对中分化灰岩地层中土压平衡式盾构机喷涌控制技术进行了研究。
关键词：城市轨道交通施工；盾构机；喷涌控制技术1.引言盾构机掘进过程中，刀盘切削下来的渣土在土仓和螺旋机排土器内部堆积，渣土压力作用于开挖面，以平衡开挖面上的水土压力。
由于盾构机在掘进过程中，渣土以塑性流动状态随螺旋机连续排出，故此时盾构机的土压平衡为一个动态平衡状态。
若排土口处大量涌水，则难以建立土压平衡，开挖面的稳定性难以保证。
2. 技术概述土压平衡式盾构适用于第四纪软土层、岩层及复合地层的区间隧道施工。
掘进施工可采用土压平衡、气压平衡和敞开三种模式。
盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。
盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。
盾构配备了同步注浆系统, 对控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护非常有利。
盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。
配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降，施工占地少，对环境的影响小。
3. 施工实例徐州市城市轨道交通一号线【彭城广场站～文化宫站盾构区间】土建施工项目盾构工程隧道双线总长为1499.795m，线路最大纵坡为28.137‰，区间隧顶埋深约为16.04m～24.2m。
本标段盾构区间采用海瑞克复合盾构机施工，刀盘开挖直径6480mm，刀盘开口率36%，盾构机最大推力42572KN，最大扭矩6228KNm，脱困扭矩7447 KNm，最大工作压力4.5bar。
区间管片采用外径∅6200mm，内径∅5500mm，宽度1200mm，厚度350mm的钢筋混凝土管片错缝拼装而成。
直线环设计为标准左环、标准右环两种管片型式，为便于管片的管理及满足曲线模拟和施工纠偏的需要，设计了左、右转弯楔形环，通过其与标准左、右环的各种组合来拟合不同的曲线，同时实现错缝拼装。
每环管片分块为6块(1个封顶块、2个邻接块、3个标准块)，管片连接采用弯螺栓连接(环缝16根，纵缝12根)，楔形环为双面楔形，楔形量为37.2mm。
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构，土压平衡盾构在掘进过程中，随着刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时，便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构：前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构：在盾构用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。
2、作用不同土压平衡盾构：初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构：推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
3、盾构方式不同土压平衡盾构：盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机工作原理引言土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，它通过在地下挖掘隧道同时支撑周围土壤，以保持隧道的稳定性。
本文将详细解释土压平衡盾构机的工作原理，包括其基本原理、关键组成部分以及工作过程。
基本原理土压平衡盾构机的基本原理是利用液压系统来控制盾构机前端的推进和注浆，同时通过在前端设置平衡室和控制室来保持隧道内外土壤的平衡。
其工作过程可以分为三个阶段：推进、注浆和回填。
推进阶段在推进阶段，土压平衡盾构机首先将刀盘推入地下，同时通过液压系统提供足够的推力。
刀盘上安装有刀片和切削齿，它们可以将地下土壤切割成小块，并将其带到后方的螺旋输送器上。
螺旋输送器将土壤向后方运送到主体内部。
在主体内部设置有一个平衡室，它通过控制室和大气压力相连。
平衡室的作用是保持隧道内外土壤的平衡，防止地下水和土壤塌方。
当刀盘推进时，平衡室内的压力会随之增加，以抵消土壤的压力。
注浆阶段注浆是土压平衡盾构机的重要工作环节，它可以提高土壤的稳定性，并减少地下水渗透。
在注浆阶段，盾构机通过注浆管将特殊的注浆剂注入到地下土壤中。
注浆剂一般由水泥、黏土和其他添加剂组成。
当注浆剂进入地下后，它会与周围土壤发生反应，形成一个固体结构，从而增加了土壤的粘结力和抗压强度。
这样可以提供额外的支撑来保持隧道的稳定性。
回填阶段在推进和注浆完成后，盾构机开始进行回填工作。
回填是指将剩余空间填满以恢复地表原貌。
在回填阶段，盾构机会将混凝土或其他合适的材料通过输送带输送到盾构机内部，然后通过注浆管将其注入到隧道的尾部。
回填材料会填满刀盘和平衡室之间的空间，并在隧道尾部形成一个坚实的结构。
这样可以保持隧道的完整性，并提供足够的支撑，防止地下水和土壤塌方。
关键组成部分土压平衡盾构机由多个关键组成部分组成，这些部分共同协作以实现隧道施工。
以下是其中一些重要的组成部分：刀盘刀盘是土压平衡盾构机前端的关键部件，它由刀片和切削齿组成。
刀片用于切割地下土壤，而切削齿则用于将土壤带到螺旋输送器上。
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机是一种用于地下隧道掘进的机械设备。
其工作原理是利用盾构机首部的刀盘推进土层，同时使用液压缸平衡盾构机内外的土压力，以保持稳定状态。
具体工作原理如下：
1. 盾构机首部的刀盘通过转动和推进的方式，将土层切割和破碎。
2. 切割和破碎的土层通过后方的螺旋输送器向后运输，然后通过输送带或螺旋输送器排出盾构机的尾部。
3. 盾构机通过在尾部添加环片或者喷浆的方式，构建一个水密的推进环境。
这样可以将尾部的土层固定住，并保持一定的土压平衡。
4. 在挖掘过程中，盾构机的液压缸通过调整液力来平衡盾构机内外的土层压力。
这样可以防止隧道坍塌并保证工作环境的安全稳定。
5. 盾构机的整个推进过程是连续进行的，直到达到预定的掘进目标位置。
总的来说，土压平衡式盾构机利用盾构机首部的刀盘切割和破碎土层，通过盾构机内的土压平衡系统以及尾部的环片或喷浆，来维持一定的土压平衡，从而实现地下隧道的安全掘进。
土压平衡盾构
土压平衡盾构在现代城市建设中，隧道施工技术一直是一个备受关注的话题。
土压平衡盾构作为隧道施工中的重要技术手段，被广泛运用于地铁、隧道、水利工程等领域。
本文将介绍土压平衡盾构的工作原理、施工流程、应用领域以及发展趋势。
工作原理土压平衡盾构是一种通过对盾构机内部进行适当压力控制，使土体在掌握平衡条件下对盾构机的推进方向施加支护压力的施工方法。
其主要工作原理如下：1.土压平衡控制：通过盾构机内设的控制系统，对注入的压浆进行控制，使得盾构机内外的土压力保持平衡，避免挤压或塌陷的发生。
2.推力控制：由盾构机的主推进液压缸提供推力，推动盾构机朝着设计方向推进，同时根据隧道的地质条件，调整推进速度和力度，保证施工安全。
3.土体支护：在盾构机推进的同时，通过盾构机后部的支护系统提供对土体的支撑和加固，防止隧道倒塌。
施工流程土压平衡盾构施工流程一般包括以下几个步骤：1.现场勘察：对隧道工程的地质条件、地下管线等情况进行详细调查和勘察，了解地层情况，为后续施工提供数据支持。
2.盾构机铺设：将盾构机按照设计要求铺设在施工现场，进行机器调试和检验。
3.推进施工：启动盾构机，根据设计要求控制推进速度和土压平衡，逐步推进隧道施工。
4.土体处理：处理盾构机后部土体的排出和支护，防止土体坍塌，同时保护环境。
5.隧道验收：完成隧道的整体施工后，进行验收，确保施工质量和安全。
应用领域土压平衡盾构技术在地铁、铁路、公路、水利等领域均有广泛应用，其主要应用包括：•地铁隧道：土压平衡盾构在地铁隧道的施工中应用广泛，能够适应不同地质条件，提高施工效率和质量。
•水利工程：在水利隧道、排水管道等工程中，土压平衡盾构可以有效应对复杂的地下水文条件，保证施工安全。
•公路隧道：对于公路隧道的施工，土压平衡盾构可以减少交通影响，提高工程质量。
发展趋势随着城市化进程的不断加快，土压平衡盾构技术在隧道施工中将继续发挥重要作用，并呈现出以下几个发展趋势：•智能化：随着技术的不断发展，土压平衡盾构将趋向智能化，实现自动化控制和监测，提高施工效率和安全性。
土压平衡盾构工作原理和结构
土仓压力=地下水压+土压
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㈢土仓压力控制原因
增大/减小推动速度
地下水压/土压
增大/降低碴土排量
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㈣土仓压力对地表旳影响
压力过小地表 沉降
压力过大地表 隆起
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土压平衡盾构构成
按构造分：主机和后配套。 按功能分：控制系统、主驱动系统、推动系统、出碴系统、管片运送及 拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。
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㈡类型及模式
为适应多种不同类型地层及盾构工作方式旳不同，盾构主要有 下列三种类型、四种模式：
三种类型： ☆软土盾构机； ☆硬岩盾构机； ☆混合型盾构机。
四种模式： ☆敞开式； ☆半敞开式； ☆土压平衡式； ☆气压式。
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㈠工作原理
刀盘旋转切削泥土经过刀盘开口被压进土舱，经过螺旋机转到皮带 机上，然后输送到碴车里。盾构在推动油缸旳推力作用下向前推动，盾 壳对挖掘出旳还未衬砌旳隧道起着临时支护作用，承受周围土层旳土压 和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳旳 掩护下进行。
主要作用： ☆实现主机旳向前推动 ☆实现掘进速度旳调整 ☆实现盾构方向旳调整
上 部
左部
右部
下部 28
⑸碴土改良系统
主要作用： ☆改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出 ☆降低碴土密实度并减小摩擦 ☆拓宽盾构旳适应范围
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⑹注浆系统
主要作用： ☆管片壁后空隙填充，控制地表沉降 ☆形成壁后屏障，形成防水层 ☆稳定管片与周围岩体一体化
1—刀盘；2--土舱；3—承压 隔板；4—人舱；5—推动千 斤顶；6—盾尾密封；7—管 片；8—皮带机；9—拼装机；
10—主驱动；11—螺旋机
土压平衡盾构机构造及掘进原理
土压平衡盾构机构造及掘进原理土压平衡盾构机，这个名字一听就感觉像个超级英雄的称号是不是？别急，今天就带你走一圈，看看它到底有多牛。
盾构机是用来掘进地下隧道的“大力士”。
但是，它可不是那种一力破千斤的蛮力型选手，它讲究的是“稳稳的”技术活。
特别是土压平衡盾构机，它最大的特点就是能在地下工作时保持稳定，避免塌方，让整个施工过程既安全又顺畅。
你看，地下的土壤不像我们平常见的土壤，松松散散的，地下情况更复杂，万一土层不稳定，一不小心就可能把整条隧道给“吞掉”。
这时候，土压平衡盾构机就派上大用场了。
它的核心原理其实很简单：通过控制盾构机前端的土壤压力，来平衡前后两端的压力差，这样就能避免隧道坍塌，保障隧道的稳定性。
看着简单，但实际上就是一门高深的学问。
如果要形象一点说，你可以把土压平衡盾构机想象成一个在地下走钢丝的表演者。
你在地面上走钢丝能看出来左右的压力，地下土壤的压力也差不多，你得随时调整，保持平衡。
盾构机通过它那一套精准的调节系统，不断对土壤压力进行微调，保持前后的压力平衡，这样盾构机在掘进时不会被压得“弯腰驼背”，也不会一不小心“趴下”。
哎呀，这个比喻有点画蛇添足，但你明白意思就好。
土压平衡盾构机的掘进原理真是巧妙至极。
它在掘进的过程中，前面的刀盘会不停地旋转，把土壤切割成小块。
那些切下来的土，接着就被送到盾构机后面的运输系统里去。
重要的是，这时候机身前后的土压差基本是零。
像是你在游泳池里，不管水怎么推，你始终保持在水面上不沉下去。
就是这么神奇。
你要是觉得这个盾构机只是一个普通的掘进机器，那可就大错特错了。
它是一个非常“聪明”的家伙。
它能根据周围土壤的不同情况，自动调节自己的动作。
你想，地下的土层有可能是硬土、软土、甚至是沙土，每种土质的压力都不同，光靠人力和经验是不够的。
而土压平衡盾构机就像是一个经验丰富的“老司机”，它能够在不同的“路况”下稳稳地前行，丝毫不受影响。
再说说它的外形。
你看，它就像是一个巨大的“挖土机”，外面包着厚厚的铁壳，一看就觉得稳如泰山。
土压平衡盾构掘进喷涌处治分析与实践
土压平衡盾构掘进喷涌处治分析与实践摘要：近年来，我国铁路隧道盾构施工以其安全、高效、适应性广而被普遍采用，而土体压力平衡盾构由于其对地层适应性广、破岩量大等特点，已成为各种复杂地层下盾构施工的首选方案。
但是，在富水地区，利用土体压力来进行土体压力均衡开挖时，由于土体含水率高，容易发生喷涌，造成大量的淤泥、水淤积在盾尾，导致隧道运输不能正常进行；同时，大量堆积的淤泥也会引起土体压力的失衡，极易造成地表塌陷、盾构施工积水和隧道塌方，造成人员伤亡等事故，具有很大的危险性。
本文通过对在富水地层中的盾构螺旋机防喷涌装置、盾构皮带机防溢流挡渣装置、具有接渣箱及快速排放设备的盾构皮带机引流疏渣装置等盾构掘进喷涌预防设备进行了详细的介绍，并与相关工装及设备的使用方法相结合，从而对富水强风化地层土压平衡盾构防喷涌技术展开了总结，从而可以有效地提升螺旋输送机防喷涌控制能力，提升盾构掘进的效率。
关键词：土压平衡；盾构；掘进喷涌1工程概况某隧道区间隧道采用土压平衡盾构掘进。
该区多为弱风化、中风化岩段，节理、裂缝发育，具有良好的富水性。
在传统的全土压巷施工中，由于承压水的作用，在盾构巷道中，微粒在盾构巷道中渗透，微粒在盾构巷道中渗透，并在巷道中形成渗透水流，造成盾构巷道围岩长期滞留，从而使土仓保压方案的选取变得十分复杂。
未保持压力，将造成工作面崩塌；而保持压力，就意味着更多的喷涌，让隧道停止运转的时间更长。
更大的危险在于，由于土壤和土壤的持续侵蚀，工作面和地面的下陷和崩塌的危险正在增加。
喷涌会对储罐在压力下的开启造成很大的危险，如果没有达到开启所需的压力保持值，则会产生大量的压力浆液，对储罐作业造成很大的影响。
2喷涌治理方案2.1喷涌治理技术以此为出发点，通过对实际情况的分析，本项目提出了通过渣土改良和优化掘进参数等措施进行喷涌治理，并制定了如下方案：2.1.1控制来水、降低水压造成这一现象的主要因素是地下水位过高。
3-4个封水环（双流体浆液）向出盾后段的隧道中灌注，以堵住隧道后段的水流，并结合隧道起吊孔开孔排水，以进一步降低隧道后段的水流压力。
盾构喷涌综合治理技术研究
盾构喷涌综合治理技术研究摘要：为了解决广州某地铁盾构掘进中出现的喷涌问题，通过对喷涌发生机理的分析，总结了喷涌发生的原因：地下水压力大、同步注浆和渣土改良效果差、操作不当，盲目停机。
提出了喷涌综合治理技术，包括：降低水压、改良渣土、优化掘进参数、规范司机操作。
通过数值模拟和现场实际应用，验证了综合治理技术的有效性。
关键词：盾构；喷涌；综合治理0 引言土压平衡盾构机在地下水丰富的区域掘进施工时，常出现螺旋输送机喷涌现象。
[1]这不仅会对掘进施工的连续性造成影响，情况严重时甚至会造成地面沉降，对地铁、城市隧道的施工造成不利影响。
[2-4]为了解决广州某地铁盾构掘进过程中出现的螺旋输送机喷涌问题，本文通过理论分析，总结喷涌发生的原因，提出了喷涌综合治理技术，为盾构掘进施工提供理论依据和基础。
1工程概况及险情经过1.1 工程概况广州市地铁某盾构区间左右线长度分别为749.874m和689.748m，线间距为13.9～14.7m，设有1座联络通道。
该区间地质结构复杂，主要穿越中粉质黏土层、含黏性土砾砂层、风化闪长岩和花岗斑岩层。
地下裂隙水发育丰富主要为挤眼裂隙水和第四系孔隙水，地层渗透系数为2.9×10-5m·s-1～1.3×10-4m·s-1。
在施工过程中，掌子面和盾构管片后裂隙水持续渗入土仓，频繁发生喷涌现象，需要耗费较长时间进行吨位清渣，影响施工效率。
1.2 险情经过右线盾构机掘进至第35环进入上部含粘性土砾砂层时，掘进速度发生较大变化，现场技术人员由此判断盾构机前方地下水丰富，并采取降低加水量和改变泡沫发泡率等技术措施，渣土出现明显改良。
掘进拼装第36环时，掘进速度出现明显降低，但未发现泡沫异常，因此继续掘进。
在掘进过程中，突然出现地下水喷涌，随即停止掘进，但喷涌并未减小，轨道被逐渐淹没。
2喷涌机理及原因2.1 喷涌机理分析土压平衡盾构机的基本工作原理为：当土压平衡盾构机正常掘进时，利用刀盘旋转对前方的土体进行切削，并将切削后的土存放在土仓。
土压平衡式盾构机的工作原理
土压平衡盾构机的工作原理一、盾构机的工作原理：1、盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。
2、掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
3、管片拼装盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的刀盘直径为6.28m,总长80余m,其中盾体长8.5m,后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN・m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm/山皿。
盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
1.盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土仓压力值。
前盾的后部是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接。
中盾内侧的周边位置装有推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。
土压平衡盾构机螺旋喷涌简析
土压平衡盾构机螺旋喷涌简析摘要：土压平衡盾构施工过程中，遇到高水头、强透水层时，易出现喷涌现象，致使无法出渣及合理控制土压力，导致盾构无法施工。
本文通过对螺旋喷涌机理的分析，探讨了土压平衡盾构在含水地层如何解决喷涌问题。
并通过实际工程案例介绍应对措施，为如何克服及避免螺旋喷涌提供了理论依据。
关键词：土压平衡盾构；高水压；螺旋喷涌随着地下空间的不断发展，土压平衡盾构施工技术以其占地面积小、安全性高、施工速度快、对环境影响小等特点被广泛应用于隧道施工。
但当隧道施工遇到地层中含水量大、渗水系数大、地下水压大的地层时，易发生大量地下水带动开挖面及压力舱内土体一起从螺旋涌出，发生所谓的喷涌现象，这一现象的发生往往会造成开挖面支护压力失控，使盾构机无法掘进。
本文将根据南京莫愁变110kV施工情况讨论土压平衡盾构如何解决土压平衡盾构机螺旋喷涌问题。
1.工程概况220kV莫愁变～宁海路变电缆线路工程，位于南京鼓楼区，隧道先后下穿秦淮河、石头城公园、明城墙、国防园、虎踞路、清凉山公园后，交于虎踞关路，盾构隧道全长1284m。
施工地质情况复杂：依次穿越软土层、夹砂交互层土、风化岩层，采用深层穿越方案，同时由于施工场地狭长，确定采用土压平衡盾构进行施工。
本工程掘进线路基岩裂隙水主要赋存于强风化岩层的风化裂隙和中等风化岩层的构造裂隙中，在降雨后岩体地下水向四周排泄，在山坡出溢。
盾构段线路穿越区地形东高西低，地下水总体上向秦淮河排泄。
正常情况下隧洞洞顶水压力值约11～27m。
由于该工程基岩裂隙水来源多方向，水量大，在盾构施工时易发生螺旋喷涌现象。
所以如何预防喷涌，保证盾构正常施工，成为本工程的主要攻克目标。
2.土压平衡盾构螺旋喷涌机理、分析及解决方法2.1土压平衡盾构施工原理土压平衡：由刀盘切削下来的土体进入土舱，经泡沫、膨润土等改良剂改良，通过搅拌棒搅拌形成流塑态土体。
流塑态土体充满密封土舱和螺旋输送机。
开挖面处地下水压力与开挖面处的土压力，通过调节螺旋输送机调节渣土排除土仓的量及速度，保持土仓内的土压力平衡，从而保证开挖面稳定，防止地面下沉，如下图所示。
土压平衡盾构原理介绍与施工工艺[详细]
![土压平衡盾构原理介绍与施工工艺[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/3153574ff705cc1754270937.png)
刀盘开口率为刀盘开口部分面积与刀盘面积的比值。泥 水加压式盾构开口率大多数取10％－30％；土压平衡盾 构的开口率范围较宽；在胶结粘性土等粘附力大的地层， 开口率应尽量加大以利于碴土流动。
4.2刀具 4.2.1 刀具的切削原理
（1） 切刀
切刀呈靴状，切刀的切削原理主要是盾构向前推进的同
碴土改良可使土压平衡盾构也可用在原先只适于泥水 盾构的土层中。泡沫混合物在使用后几天之内化学物质就 会完全生物分解，不存在环境污染的问题。
我集团现有的土压平衡盾构机都具有碴土改良功能， 因此都称之为加泥式土压平衡盾构。
4.土压平衡盾构主要结构
土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、 管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。见下图。
4.1 刀盘
4.1.1 刀盘形式
土压平衡盾构的刀盘有两种形式： 有轮辐式和面板式，需根据施工条件、地层条
件进行选择。
4.1.1 刀盘形式－轮辐式
轮辐式刀盘对土砂
有较强搅拌效果，
能使土仓内碴土的
流动性较好，轮辐
式刀盘在土压平衡
式盾构上使用较广。
轮辐式有利于减少
实际旋转扭矩和利
于开挖的碴土进入
土仓。当围岩内存
在巨砾、大卵石时，
轮辐式刀盘有更强
的适应性，但需注
意螺旋输送机有堵
轮辐式
塞的可能。
4.1.1 刀盘形式－面板式
泥水加压式盾构刀盘具有 挡土功能，能防止围岩坍 塌，其刀盘一般为面板式。 为确保施工中更换刀具和 破除障碍物时的安全性， 土压平衡式盾构及复合式 盾构也常采用有挡土效果 的面板式。当围岩内有巨 砾、大卵石存在时，需在 开挖面上将其粉碎后掘进 时，为限制进入土仓砾石 的大小，有时也会采用面 板式。
土压平衡盾构喷涌防治技术问题的研究
土压平衡盾构喷涌防治技术问题的研究作者：张晓东来源：《名城绘》2019年第09期摘要：盾构喷涌是在隧道施工之中常见问题，其严重影响了施工的进度与质量。
为了能够有效的减少其影响，本文通过对盾构在富水砂层和裂隙水丰富的岩层中掘进时易发生螺旋机出土口喷涌现象的原因进行了分析，并有针对性的提出了修改意见，以期能够为盾构喷涌问题的优化提出有效的参考。
关键词：土压平衡盾构;喷涌;处理盾构喷涌是指盾构掘进时碴水混合物从螺旋机出土口喷或涌出的现象。
它一般在盾构穿越地下水丰富、水压较大的砂卵石地层、软硬岩分界面和裂隙发育地层时比较容易发生。
喷涌往往会引起土仓压力波动较大，从而导致地面沉降、塌陷事故发生，而且喷涌出的碴水混合物易撒落在盾尾，清理非常麻烦，严重影响盾构掘进的连续性和效率。
一、工程概况深圳地铁11号线11304标机场北站～福永站区间南起机场北站，北至福永站，设计起点里程为ZCK35+200，设计终点里程为ZCK37+556.3，左线全长：2355.76m ，短链0.54m，右线全长：2323.675，短链36.625，区间最小埋深8.13m，最大埋深21.5m。
区间线路平面最小曲线半径为570m，最大曲线半径为900m，线间距12.00～38.337m。
本区间线路原始地貌为滨海滩涂，现为机场填海扩建区、鱼塘、新和村居民区等，地形起伏较大，隧道开挖断面地层变化差异较大，地下水埋藏较浅，局部地下水和地表水相连，隧道内易形成积水。
洞顶分布淤泥、细砂、可塑状砂质粘性土、全风化变粒岩、块状强风花变粒岩、中风化变粒岩、局部为微风化变粒岩，岩质坚硬，成洞较为困难。
该地段岩层裂隙水较丰富，存在碎裂带，经常发生喷涌。
针对于此采取了封堵水源、降水、碴土改良、掘进参数调整和出碴口改造等一系列处理措施，有效地减少了喷涌的出现和喷涌后清理工作量，从而提高了盾构掘进的效率并控制了地面较大沉降发生。
二、喷涌危害盾构喷涌主要会造成以下危害1喷涌使得土仓压力难以保持平稳，并极易造成土体超挖，致使隧道上部地面出现沉陷、坍塌。
富水砂层地铁施工中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术
区 间盾构 始 发 阶段 采用 “泡沫 ＋ 膨润 土 浆液 ”对渣 土 进 行 改 良 （表２）。一 般施 工经验 认 为 ，改 良后渣 土坍 落度 在 １６￣２０ ｃｍ问， 即可 满足 盾构 施工 要求 。
表２ 渣土改 良添加剂
表１ 地层物理参数统计
岩（性 代 土 相粒 对 天然 密度 含水 天 然快 剪
１ 工程地质和水 文地质条件
１．１ 工 程 地 质 条 件 武 汉地 铁 某 区 间位 于长 江北 岸 一级 阶段 ，距长 江 最近
距 离 为 １．５ ｋｍ。 隧道 位 于 城 市主 干道 正下 方 ，车 流 量 大 ， 施 工控制 要求 高 。
区间 土层 从 上至 下 依次 为 ：① １杂填 土 ，②２素填 土 ， ⑧ ｌ黏土 ，③５粉质 黏土 、粉 土 、粉砂 互层 ，④ ｌ粉砂 ，④２粉 细 砂 ，⑤砂 砾 卵石。
富 水 砂 层 地 铁 施 工 中 的 土 压 平 衡 式 盾构 机 喷 涌 控 制 技 术
朱海 军 周明洋 ． 中建三局基础设施工程有 限公 司 湖北 武汉 ４３００７０
摘要 ：土压平衡盾 构机 在穿越富水砂层掘进 中易发生严重的 喷涌现 象。为此 ，借鉴地基渗 流破 坏机 理建立 了喷涌 发生 的渗流模型 ，并通过理 论分析得到喷涌发 生的主要 因素 ，同时对 喷涌发生的实际条件进行 了验 算。在此基础上 ，施工 现场采用了 “泡沫 ＋高分子聚合物”进行渣土改 良．使 喷涌现象得到 了有效控制 ，确保 了隧道顺利贯通 。 关键词 ：土压平 衡盾构 ；富水砂层 ；喷涌 ；原因分析 ；渣 土改 良 中 图 分 类 号 ：ＴＵ９４ ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４ １ＯＯ１（２ｏ１８）Ｏｌ一０１００—０３ ＤＯＩ：１０．１４１４４／ｊ ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ ２０１８ ０１．０３５
简述土压平衡盾构机工作原理
简述土压平衡盾构机工作原理今天来聊聊土压平衡盾构机工作原理的事儿。
你看啊，咱们平时在土里挖个小坑的时候，如果土太松，坑壁就容易塌下来。
这就有点像土压平衡盾构机在地下掘进时面临的一个小难题呢。
盾构机就像一个超级厉害的地下大虫子在土里钻来钻去。
土压平衡盾构机工作的时候，它开挖面上的土体会产生压力。
这个压力的平衡可是关键。
想象一下，就像一群人挤在一个小房间里，大家互相挤着都达到一种平衡状态。
前面的土给盾构机压力，盾构机就得想办法把这个压力“顶回去”来保持稳定。
怎样做到呢？这就要说到它的刀盘了。
刀盘就像一个超级大的旋转的牙齿，不断地切削土体。
切下来的土体就被运到后面一个特殊的舱室里。
这个舱室就像是个压力调节仓。
在这个舱室里，土体的压力会被控制在一个合适的范围内。
有意思的是，这个压力会和开挖面的土体压力保持动态平衡。
这就好比在天平的两边不断增减砝码让天平始终保持平衡一样。
如果盾构机里面的压力太低了，那外面的土就会像洪水决堤一样涌进来；要是压力太高呢，盾构机又没法往前推了。
我一开始也不明白，这土体压力到底该怎么控制得那么精准呢？实际上这中间还涉及到一些复杂的传感器和控制系统。
这些就像聪明的小管家，不停地监测和微调。
比如说，根据测量到的压力数据，盾构机可以控制螺旋输送机的转速，如果要升高压力就减少往外运土的速度，如果要降低压力就加快运土速度。
实际应用的话，在城市地铁建设中，土压平衡盾构机就非常有用。
它可以在不影响地面建筑物和地下管线的情况下，在地底下悄悄地挖出地道来。
不过这里还有些要注意的地方呢。
比如说掘进的速度也会影响压力平衡，如果速度太快，土体压力变化可能来不及调整。
大家可得好好理解这个原理啊，要是你们有不同的想法也可以讨论讨论，我觉得还有很多值得深入思考的点呢。
土压平衡盾构喷涌发生机理研究_朱伟
土压平衡盾构喷涌发生机理研究Research on the mechanism of the spe wing in the EPB shield tunnelling朱 伟,秦建设,魏康林(河海大学岩土工程研究所,江苏南京 210098)摘 要:土压平衡式盾构施工中,进入压力舱的土体如果难以形成“塑性流动状态”,诸多的施工难题会随之产生,喷涌就是非常值得关注的一种。
本文建立了盾构机内水压力递减模型,基于模型推导了水压力和流量的变化关系来用于解释喷涌发生的机理。
在此基础上,喷涌的发生条件得以明确。
对于影响喷涌的参数,文中进行了敏感性分析。
最后,国内四大城市盾构隧道施工的土层参数被用于分析其发生喷涌的可能性,得出了比较符合工程实际的一些结论。
关键词:水压力;螺旋排土器;渗透系数;喷涌;机理中图分类号:TU 411 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2004)05-0589-05作者简介:朱 伟(1962-),男,教授,主要从事隧道盾构技术及环境工程研究。
ZHU Wei ,QIN Jian -she ,WEI Kang -lin(Research Institute of Geotechnical Engineering ,Hohai University ,Nanjing 210098,China )Abstract :The key to success in Earth -Pressu re -Balanced (EPB )shield is converting the muck excavated from the cutter face to the plastic soil ,or the spewing occurs usually and harmfully .In thi s paper ,the relation model of water pressure and flow i s built to explain the spewi ng mechanism .And consequently ,the critical conditions of the spewing are put forward .The sensitivity of the parameter influencing the spewing is analyzed .At last ,the po ssibility of spewing was analyzed for the engineering projects of four cities .Key words :water pressure ;screw conveyer ;permeability coefficient ;spewing Mechanism0 前 言土压平衡式盾构机的刀盘与后面的承压隔板所形成的空间为压力舱。
浅析盾构喷涌形成的原因及对应处理措施
浅析盾构喷涌形成的原因及对应处理措施随着城市的不断发展，交通越来越繁忙，未解决这一问题，越来越多的城市开始发展立体交通；地下交通自然首当其冲出现在城市规划的蓝图上，本文浅析了盾构喷涌的原因及处理措施，以供探讨。
标签：盾构喷涌；原因；措施1、什么是喷涌隧道施工工程盾构掘进的地层由上至下为素填土、软土、残积土和风化岩。
渣土其具有明显的触变性和流动性，在一定动水压力下，具有产生流土或管涌的可能，盾构开挖时易产生严重流砂，我们称之为——喷涌。
2、螺旋机喷涌引起的危害2.1机械停工大量的泥水从螺旋机出渣口喷出，严重影响到连接桥区域内的施工环境，甚至影响到盾尾及整个台车工作范围。
这样施工中就不可避免造成停机必须清理渣土，而渣土清理采用人工清理，耗时长。
2.2产生二次喷涌当盾构机停止掘进，关闭螺旋机出渣口闸门时，土仓内的泥水又迅速填满整个螺旋机，一旦重新开启闸门，将叉会产生喷涌。
这样就会形成恶性循环，掘进速度放缓，盾尾渣土清理时间很长，严重影响盾构施工进度。
2.3引发地表塌陷由于在喷涌过程中无法有效控制实际出土量，使得盾构在推进过程中难以建立真正的土压平衡，从而加大对地层的扰动，甚至会引发地表塌陷等害。
隧道施工过程中盾构螺旋机喷涌后台车区域施工环境。
3、地层条件、水压、掘进参数是喷涌产生的因素3.1若部位属于沙层等敏感地层：地下水的通路没有阻断，泡沫剂或膨润土不合适，土体改良效果差，在水流量及水压力大的情况下，极易发生喷涌。
3.2若处于在中风化或者微风化岩层：裂隙水发育，后方水路叉未封闭。
仓内土体由于水流的影响难以改良，也会产生喷涌。
本标段就产生过喷涌状况，由于掌子面裂隙水发育，掌子面来水很大，后方二次注浆又未饱满，导致仓内极易积蓄大量地下来水，对掘进产生的很大的阻碍。
4、在盾构施工中的非正常情况非正常情况有以下三种：1、排土压力很大，但不随大量水体涌出；2、排土水流量很大，但压力小，易于控制；3、排土压力大，水流量也很大，导致渣土和水一起喷；5、案例分析——莞惠三标寮步至东城南站盾构案例莞惠三标寮步至东城南站盾构地段地层复杂，在施工中三种情况均出现过。
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土压平衡盾构喷涌发生机理研究Re search on the mechanism of the spewing in the EPB shield tunnelling朱 伟,秦建设,魏康林(河海大学岩土工程研究所,江苏南京 210098)摘 要:土压平衡式盾构施工中,进入压力舱的土体如果难以形成“塑性流动状态”,诸多的施工难题会随之产生,喷涌就是非常值得关注的一种。
本文建立了盾构机内水压力递减模型,基于模型推导了水压力和流量的变化关系来用于解释喷涌发生的机理。
在此基础上,喷涌的发生条件得以明确。
对于影响喷涌的参数,文中进行了敏感性分析。
最后,国内四大城市盾构隧道施工的土层参数被用于分析其发生喷涌的可能性,得出了比较符合工程实际的一些结论。
关键词:水压力;螺旋排土器;渗透系数;喷涌;机理中图分类号:T U411 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2004)05-0589-05作者简介:朱 伟(1962-),男,教授,主要从事隧道盾构技术及环境工程研究。
ZH U Wei,QI N Jian2she,WEI K ang2lin(Research Institute of Geotechnical Engineering,Hohai University,Nanjing210098,China)Abstract:The key to success in Earth-Pressure-Balanced(EPB)shield is converting the muck excavated from the cutter face to the plastic soil, or the spewing occurs usually and harmfully.In this paper,the relation model of water pressure and is built to explain the spewing mechanism. And consequently,the critical conditions of the spewing are put forward.The sensitivity of the parameter influencing the spewing is analyzed.At last,the possibility of spewing was analyzed for the engineering projects of four cities.K ey words:water pressure;screw conveyer;permeability coefficient;spewing Mechanism0 前 言Ξ土压平衡式盾构机的刀盘与后面的承压隔板所形成的空间为压力舱。
施工时,由刀盘旋转开挖下来的渣土充满压力舱和螺旋排土器壳体内的全部空间。
盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到压力舱内的渣土上,由渣土的压力作用于开挖面,以平衡开挖面上的地下水压和土压,从而保持开挖面的稳定,这是土压平衡盾构施工的基本原理。
当压力舱的土体具有足够的不透水性时,并能够行成一种塑性流动状态时,才能保证维持开挖面上的土水压力。
而遇到透水性大,级配不好的砂土、粉砂土时,就会从螺旋排土器的出口处发生喷水、喷砂、喷泥的现象,工程界称其为喷涌现象。
喷涌的发生不但影响正常施工排土和压力舱压力的控制,严重时会过多的将开挖面和管片四周的土、砂带出,造成地表沉降、塌陷,管片漏水等施工事故[1]。
喷涌发生的状态参见图1。
喷涌和天然地基中发生的管涌既有相似之处,但又并不完全相同。
管涌是天然地层中由于水压力集中作用于某一地层而引起土体破坏,发生喷砂冒水;或者是在地层中已有的渗透通道中地下水发生集中渗流形成所谓的“内部潜蚀”[2],导致土、砂流失。
喷涌与管涌的相同之处在于都是在水压力作用下发生,而且两者都表现为喷砂、冒水现象;不同之处在于喷涌发生的主体是强度较低的扰动土,发生路径是筒状的螺旋排土器,而且土体本身处于运动之中,是由于水和压力失控发生的现象。
图1 喷涌发生实例观测Fig.1 Sketch map for the spewing of being observed本文的研究目的就是通过盾构机内水压力变化模型的建立来阐明喷涌发生的机理和条件。
在盾构施工日益朝着大埋深、大直径方向发展的今天,研究喷涌的发生机理和发生条件,对于盾构施工有着重要的意义。
1 土压平衡盾构压力舱内水压力的递减模型模型建立的示意图参见图2,开挖面上和螺旋排Ξ基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2002065) 收稿日期:2003-09-05 第26卷 第5期岩 土 工 程 学 报V ol.26 N o.5 2004年 9月Chinese Journal of G eotechnical Engineering Sep., 2004 土器出口的侧压管水头高度分别设为H 1和H 2。
假设盾构机内的渗流水体的流动服从达西定理。
图2 水体在盾构机内的输送示意图Fig.2 Schematic plan of water flowing inside the shield machine如图2所示,在压力舱和排土器内各取一微小断面,单位时间内通过这两个微断面的孔隙水渗流流量分别设为Q Ⅰ和Q Ⅱ。
经过断面Ⅰ的地下水流量为Q Ⅰ=(-d hd x)・K ・A 1,(1)式中 K 为渣土的渗透系数,d h 为水头通过微断面的水头损失,d x 为微断面的长度,A 1为压力舱横截面积。
同理,经过断面Ⅱ的地下水流量为Q Ⅱ=(-d hd x)・K ・A 2・cos θ,(2)式中 θ为螺旋排土器与水平面的夹角,A 2为螺旋排土器的横截面积。
在开挖面处,地层的侧压水头高度为H 1,即x =0处,h =H 1。
(3) 在螺旋排土器出口,水头高度为H 2,即x =L Ⅰ+L 2cosθ处,h =H 2。
(4)由式(1)与式(3)可得到压力舱内的水头表达式h =H 1-Q 1K A 1x (0≤x ≤L 1)。
(5) 由式(2)与式(4)可以求得螺旋排土器内的水头表达式h =H 2+(L 1+L 2cosθ-x )・Q ⅡK A 2cosθ, (L 1≤x ≤L 1+L 2cos θ)。
(6) 根据流量守恒原则,流经断面Ⅰ和断面Ⅱ的水体流量相等,Q Ⅰ=Q Ⅱ=Q ,得出盾构机内压力水头递减的函数表达式h =H 1-QK A 1x , (0≤x ≤L 1),h =H 2+(L 1+L 2cosθ-x )・Q K A 2cos θ, L 1≤x ≤L 1+L 2cos θ。
(7) 上式即为盾构机内水头压力的递减模型。
利用两者交界处的边界条件,即在螺旋排土器的入口处有相等的水头,可以得出螺旋排土器出口处的压力水头H 2和水流量Q 之间的关系式H 2=H 1-QL 1K A 1-QL 2K A 2。
(8)2 喷涌发生的机理和临界条件分析2.1 喷涌的机理从前面建立的水压力变化模型可知盾构施工是否发生喷涌是与土体的渗透系数、排土口水压力H 2、渗流水量Q 3个可能会发生变化的参数所决定的。
排土压力不但和开挖土体的渗透系数有关,而且与排土口处的流量相关,正常盾构施工时的排土状态见图3,施工中的非正常情况可能遇到以下3种:(1)排土压力很大,但并不伴随大量水体涌出。
(2)排土时水的流量很大,但压力较小,易于控制。
(3)排土压力大,水的流量也很大导致土、砂一起喷出。
对于上述3种情况,真正有危害的属于第三种,也就是现场必须处理的有危害的喷涌现象。
由此可以认为喷涌发生的机理为:由于开挖面上水压力过高,加之开挖下来的渣土本身不具有止水性,正常的螺旋排土器取土排土方式已经难以将土体中的水体按照输送水体和土体一起排出盾构机。
高压力的水体穿越压力舱和排土器形成集中渗流带动土颗粒一起运动形成喷涌,土空隙中的输送水体形成相对土体运动的集中渗流,原本以相同速度输送的土水产生相对运动,水体流量和流速相应的增大。
较大流量的渗流水经过压力舱和螺旋排土器后其压力水头H 2没有递减到和零相接近的范围。
渗流水在输送至出口的一瞬间,由于前方是临空的隧道内部,处于无压状态,渗流水便在忽然增大的压力下带动正常输送的砂土喷涌而出。
图3 盾构机正常排土示意图Fig.3 Sketch map for regular s oil rem oving095岩 土 工 程 学 报 2004年 表1 深圳地铁一期工程2B 标段土压平衡式盾构机的机械参数和土体参数T able 1 Parameters of s oil and shield machine in Lot 2B of Shenzhen Metro压力舱长度(L 1)排土器长度(L 2)压力舱直径(D 1)排土器直径(D 2)开挖面水头高度(H 1)土体渗透系数(k )盾构机推进速度(V )1m5m6m1m15m1×10-6m Πs12m Πd2.2 喷涌临界条件参照国内外诸多的工程实例,从发生喷涌对正常施工排土的影响及参考正常掘进速度下的渣土输水量两方面因素考虑来讲,一般可认为排土器自身的压缩效应和排土闸门可以抵抗10kPa (1m )的水压力和3cm 3Πs 的渗流量,水压力和渗流量中的任一指标低于这两个值,可以认为不会发生喷涌,两个指标同时超出以上两个标准,视为喷涌发生。
其中在发生喷涌的区域内,如果排土口水流量Q >4cm 3Πs 且水压力P w >20kPa (即H 2>2m )时,可以考虑会发生严重的喷涌,除此之外均视作轻微喷涌。
采用排土口水压力和水流量对喷涌发生的界定区域如图4所示。
图4 喷涌发生的临界条件Fig.4 Critical condition of spewing generating3 影响喷涌发生参数的敏感性分析从式(8)可以看出水压力H 2、流量Q 受到开挖面上的水头高度H 1、压力舱和排土器的机械参数(L 1、L 2、A 1和A 2)、渣土的渗透系数K 等参数影响。
由喷涌的机理可知,喷涌的危害程度与水压力和水流量密切相关,所以在分析影响喷涌强度的相关参数的敏感性时,要同时考虑对两者的影响。
表1是深圳地铁一期工程2B 标段施工中使用的土压平衡式盾构机的机械参数。
在本文对影响喷涌强度的某一个参数进行敏感性分析时,其他的参数主要参考了表1中数据。
利用本文建立的盾构机内水压力的递减模型,根据式(8),分析了临界水压力和临界渗流量下开挖土体的渗透系数K 、压力舱和排土器长度L 1和L 2、压力舱和排土器直径D 1和D 2等5个参数和螺旋排土器出口处渗流量和水压力关系。