1 工程概况
该盾构范围作业内容为公平站至文家站的盾构土建建设。公平站至文家站区间段包含3段盾构区间，其中左线盾构区段长度为1019.574m，右线盾构区间的长度为1625.215m，左出入盾构的长度为639.317m。
区间隧道供体顶部极限覆土深度为19.1m，最小的埋深深度为6.9m，极限的曲线半径为2500m，最小曲线半经为400m，最大坡度28‰，最小坡度2‰。
2 地质情况
依照钻探揭示，隧道断面当中都属于第四系（Q）地层覆盖。地表大多是第四系人工填埋的（Q4ml）杂填土，以下则是第四系全新统冲积（Q4al）粉质粘土、细砂土与卵石土夹细砂。
卵石土：多为青灰色，稍湿～饱和，其中夹杂有少量的角砾，卵石的主要成分是岩浆岩以及变质岩类。其形态绝大多数为亚圆形，少数为圆形，分选性质较差，卵石的占比大致为50～85%，其颗粒的直径大致在20～80mm，局部粒径＞100mm，最大的粒径有180mm，充填物是中砂，部分涵盖有夹漂石，顶层的埋深为1.10～6.80m。
施工现场的地下水绝大多数是赋存在第四系砂卵石地层中的孔隙型潜水。施工现场地处成都市区岷江上游区域，详堪的时间检测得到其地下水位在5.30～7.90m的范围当中。区域内的地下水位要比其正常的水位要低，根据调查不难得出，主要因素源自于场地周边正在开展大范围的施工建造，很多建筑基坑正在开展作业降水过程，使区域范围内的地下水位快速降低。第四系孔隙水在全新统（Q4）的卵石土当中大量存在，卵石土质相对较为松散，有着较为丰富的含水量，含水层的层厚＞30m，卵石土层的渗透系数为k=20m/d，属于强透水层。该区间范围大致处在卵石土层当中，受到水的作用相对较大，较易出现涌水现象。
3 避免出现喷涌现象的技术措施
3.1 盾构机改造
通过借鉴其他盾构线路相似地层掘进过程中的防涌水经验和分析该区间的地勘情况发现第一个容易形成喷涌的薄弱点，即盾构刀盘进入裂隙发育的地质层，渗流水便以一个相对较高的压力抵达刀盘下部的螺旋设备。此情况下，碴土根本来不及进行改良，在此压力的作用下通过螺旋输送设备瞬间变成喷涌。如图1所示为盾构机改造示意图。
首先对拟投入使用的2台铁建重工盾构机进行结构分析，发现盾构机螺旋装置前后位置分别配置了2个闸门，经研究在后闸门矩形土仓（如图2中④所示）处增加一处小闸门并配法兰和导流管，通过该导流管（如图2中⑥所示）将水直接接入到1号台车的输送皮带中，具体改造详情见图2。
①-螺旋输送机；②-上闸门；③-皮带输送机
图1 盾构机改造示意图
④-矩形土仓；⑤-增设一道小闸门（法兰连接）；⑥-改造钢管
图2 改造详图
新增小闸门的位置选在了后闸门水平上方约0.3m处，门板的尺寸规格为钢板55mm/Q345B，外部连接法兰盘和钢管，钢管采用半径75mm，厚度6mm的Q235管材。连结处绕过连接桥并错开盾构其他装置。
经过此番改造，出现喷涌时高压水经过导流管输送至1号台车的皮带机之上，仓内压力大幅降低，能实现正常运输。不过为了避免喷涌的情况持续发生。要求在作业的过程中注意：
（1）应立即关闭螺旋输送机前闸门，在条件允许的情况下适当向前推进，使土仓内建立土压平衡。
（2）通过监控操作室内的参数显示屏，关注仓内压力变化，缓慢转动刀盘，适当打开前闸门，展开对应的出渣工作。
（3）当有较大的石块堵住排水管时，关闭前闸门及导流管闸门，通过下部闸门展开相关的放渣作业，放渣完成后关闭下闸门，继续重复上一个环节进行出渣。
3.2 碴土改良
碴土改良，即向土仓内加入膨润土或发泡剂，以改善土仓内土体的和易性，使土层中的颗粒、泥沙及泥浆变成为一个整体，持续地从螺旋输送装置中排除。碴土改良通常适用于渗透系数＜3.5m/d之下的地层当中，经过改良后的渣土，最大限度避免了地下水、流砂或所添加泥浆的大量喷出，即改善了渣土、防止泥饼的出现，又保证了土仓内的土压平衡，避免的喷涌的发生。因此渣土改良成了防止喷涌的第二个重要因素，具体操作如下：
（1）借助超前注浆孔环向围岩内注入聚氨酚，防止盾体围岩中的裂隙水聚集到土仓中，减少喷涌出现的概率。
（2）通过管片吊装孔进行二次注入双液浆，并展开对应的环向封锁工作，拦截管片背后水流至土仓，减少土仓内水的汇集及喷涌出现的概率。
（3）借助螺旋输送设备中的双闸门控制体系，两道闸门之间或是第一道闸门预留保压泵接口，出现喷涌时快速封闭闸门，有必要时，还可通过保压泵进行排渣。
（4）推进之前借助盾构设备前盾3寸球阀以及入仓2寸球阀进行排水（先自行放水，之后施加气压进行放水），也可适当地开启螺旋设备闸门展开对应的放水。
（5）待土仓内部压力降低后，注入聚合物，通过缓慢旋转刀盘进行相关的渣土搅拌工作。因机械停止时间较长，首环要求使用的聚合物比设计的总量适当多一些，等到充分改良构建土压后开展推进及出渣作业。
（6）在正常推进过程中，要求根据其设计总量连续向土仓内注入聚合物改良渣土，构成良性循环。
3.3 掘进参数的控制
盾构机土仓的上部、中部、下部及螺旋输送机的中部和后部分别布置了土压平衡传感器，用于观察及掌握掘进过程中仓内渣土数量及渣土改良情况。刀盘转速、螺旋输送机的转速要与仓内土压相配合，防止出土过多造成超挖，一般来说螺旋机正转转速应设置在2.0rpm左右，土仓内的压力在1.8bar左右较为合适。
对于易发生喷涌的地层应当谨慎操作，调节掘进系数，科学配置土体压力，防止超开挖，力争快速通过，避免在已发生喷涌的地段停机或进行设备检修。因此掘进参数的控制是处理防止喷涌现象的第三个重要因素。
4 防喷涌技术实施过程的保证措施
4.1 根据地质资料作好“预判”工作
实际挖掘过程中，应依照所了解的地质信息针对下一个环节的工况展开对应的研究分析，事先提出优化的规划，把握主动权。地质信息的来源主要是地质勘测、地层稳固数据、当前施工地质勘测评定、地表情况调研总结。
4.2 根据“预判”做好下穿前后的各类辅助工作
（1）依照对于前方的地质研究，准备相关的应对措施。事先调节好盾构设备下穿前的工作情况，确保盾构在下穿的过程当中处在一个持续挖掘的形态。
（2）在线路上层的地面开展好对应的检测工作，定期汇总对应的路面沉降信息，实时地反馈至地下施工一线。
4.3 掘进中加强技术控制
（1）当刀盘进入到堰渠等高富水作业区间当中时，要求时刻注重盾构设备各个指标参数的转变，实时检测其出渣状况，实时就地层展开对应的研究分析，实时地判定地层情况的转变，保证发生异样时第一时间给出对应的反馈。
（2）确保其自身的稳定以及贯入度，推进过程当中油缸的整体推力维持在1200～1400t之间，刀盘的转速控制在1.0～1.2r/min的区间范围之内，以免出现大规模的扰动出现。
（3）依照地质状况严格管理其掘进的出土总量，维持土仓压力的稳定以及平和，根据现场状况实时调整螺旋输送装置的转动速率等，以免出现憋仓或空仓，确保挖掘的连贯。
（4）适度调节泡沫剂的掺加数量，完善渣土自身的性质，保证渣土有较强的流动性以及一定的内聚力。让渣土变干，使用“湿泡沫”；让渣土稀释，使用“干泡沫”。通常情况下，下穿为水管、排污管、堰渠、河流前泡沫性质要求调节干燥，以此来实现阻水。
（5）严格管理土仓冷却水的使用量。确保出渣畅通的情况下，尽可能地降低其注水量。
（6）以免出现有空仓作业、欠压作业的情况。
5 结语
综上所述，对于作业环节中出现的喷涌问题，使用改善盾构设备、土质改良及注入聚合物、控制掘进参数等手段，有效地控制了喷涌出现的概率。现如今已有了快速处理处理喷涌问题的实力，降低了喷涌所带来的危险，提升了作业的效益，攻克了盾构机在丰富地下水环境下作业的喷涌技术难题。项目实践表明，只要通过正确的手段以及科学控制管理，在地下水丰富的环境下使用土压平衡盾构法作业是切实可行的，为日后相关的项目提供了一定的实践基础。
参考文献
[1]朱海军，周明洋．富水砂层地铁施工中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术[J]．建筑施工，2018，（1）.
[2]宁小平．富水地层土压平衡盾构防喷涌施工技术[J]．福建建材，2016，（4）.
收稿日期：2018-04-05
作者简介：刘富磊（1983-），男，山东聊城人，中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司工程师，研究方向：隧道施工。
