泥水平衡盾構機盾尾滲漏原因分析及預防措施摘要:在地鐵隧道盾構法施工中,若地下水、泥漿、注入管片后的雙液漿、盾尾油脂等通過盾尾與其內安裝的管片之間的縫隙滲入盾構機體內,就會給盾構掘進施工帶來不便,文中根據施工實踐分析其原因及預防方法。關鍵詞:泥水盾構;盾尾滲漏;地鐵;施工1概述 廣州市軌道交通三號線某盾構區間隧道工程,采用2臺泥水平衡式盾構機進行施工,其基本原理是通過支撐環前面裝置隔板的泥水艙中注入適當壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜,支承正面土體,并由安裝在正面的大刀盤切削土體表層泥膜,與泥水混合后,形成高密度泥漿,然后由泥漿泵及管道把泥漿輸送到地面處理。在泥水艙內和掌子面間建立泥水平衡是泥水盾構機掘進的根本要求,另外由于盾構掘進過程中,采用管片背填雙液同步注漿方式來填充管片與圍巖的間隙,從而達到減小地層沉降,限制管片位移和變形,提高結構穩定性,加強隧道防水性能的目的。 因此,若盾尾發生滲漏,就會破壞泥水平衡和注漿質量,并污染盾構管片安裝的工作面,給管片安裝造成不便,嚴重影響盾構的正常掘進。本工程盾構區間左右線掘進中就曾多次發生滲漏、竄漿現象,嚴重影響到施工進度,經仔細認真的分析和查找原因,制定切實可行的辦法,有效解決和預防盾尾滲漏問題,保證了工程的順利進行。2盾尾滲漏原因分析及預防措施2.1管片組裝 ⑴管片變形：管片拼裝后要求形成一個標準的圓,管片之間采用錯縫拼裝,但由于操作不熟練而往往拼裝成橢圓形,實際施工中由于自重等因素影響,橫向橢圓較為多見,這就增大了管片之間止水條外緣縱縫的寬度(理論設計值為6mm),實際在管片拼裝過程中將出現兩腰的管環之間的外緣縱縫開口度d>6mm,上下部縱縫d<6mm。在盾構機掘進一環至1.4m左右時,尾刷末端正好到達上一環管片,此時尾刷就正處在該環管片上,由于注漿壓力和泥水壓力都較大,而縱縫開口度d>6mm,縱縫處的油脂無法承受漿液和泥水的壓力,就形成一個滲漏通道,造成盾尾滲漏。盾尾與橢圓管片的關系如圖1a所示。 ⑵管片錯臺：由于管片拼裝操作不熟練,造成管片錯臺嚴重,特別是在縱縫錯臺產生后,使得盾尾刷無法緊密包裹整環管片,很易形成滲水通道,雖然盾構推進時盾尾倉內有盾尾油脂填充縱縫,但在較高的注漿壓力和泥水壓力等作用下,極有可能將油脂沖脫而擊穿盾尾刷,造成管片滲漏。盾尾與縱縫錯臺的管片關系如圖1b所示。
⑶管片碎裂：在軸心線未產生較大偏差的狀態下,組裝工藝不合理或野蠻施工,K塊管片安裝時沒有足夠的空間,采用盾構千斤頂強行頂進,造成相鄰管片外壁處(尤其螺栓孔、角根部)在千斤頂高壓狀態下頂裂或破碎,而帶進盾尾艙,損壞盾尾刷,形成滲水通道而造成漏漿。 ⑷防治措施 ①加強拼裝施工培訓,提高拼裝人員的技術水平,要求管片不拼成橢圓形,且一環管片安裝后必須使用整圓器進行整圓,以減少橢圓和縱縫、環縫錯臺的現象。 ②在每次管片安裝前,應清除盾體內的渣土,避免安裝管片時難以對位,造成錯臺現象。 ③封頂K塊拼裝前,必須調整好開口尺寸,使封頂塊能順利插入到位。 ④管片構造可減小管環縱縫沿止水條外緣的構造縫寬度和高度(原設計分別為33.2mm和6mm),建議高度<20mm,以減少滲漏水力通道。2.2背填注漿 盾構機在掘進過程中,由于操作人員技術不熟練或雙液漿配比不合理,使漿液凝固時間過短,造成漿液不能充分填充管片后空隙,而是堆積在注漿口附近,造成注漿通道受限制,后續漿液壓力(一般控制在切口壓力+(0.6~1.0)kg)必然劇增,當漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時,就會擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成竄漿。因此在施工中必須嚴格控制雙液漿的配比,經常進行試驗和現場抽檢,確保其凝固時間為12～14s,另在注漿壓力劇增時應立即停止注漿,查明原因或者更換孔位后再進行注漿。2.3泥水壓力過大 由于在環流系統操作時開挖面的泥水壓力設定值過高,或切削下來的巖塊堵塞排泥管道口或泥水艙,都有可能導致泥水艙內泥水壓力過高,超過盾尾刷的抗壓能力,瞬間擊穿盾尾刷而造成漏漿。 在泥水加壓式盾構工法中,切口水壓設定通常應與作用在開挖面上的土壓保持平衡,水壓與開挖面上含水土體垂直作用的重力和土的內摩擦角有關。設P0為土壓(含水壓),即自然狀態下盾構機頭部2/3高度處的壓力,則切口水壓=P0+(0.01~0.02)MPa。動工前應在隧道線路上的多個地點進行土質和地下水調查,決定每個地點的設定切口水壓。在管道發生堵塞時,若開挖面水壓高于上限值則應立即暫停掘進,通過旁路調節使壓力從逸流閥卸掉,開挖面水壓恢復正常后逸流閥自動關閉,再把泥水送進土倉進行逆洗清通管路,或通過檢查判斷具體堵塞位置后人工清除巖塊。2.4盾尾油脂量和壓力不足 在盾構掘進過程中,盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進速度成正比,速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時間內不能滿足其消耗量,若不及時調整油脂泵注脂率,則盾尾刷內的油脂量和注入油脂的壓力不能及時密封盾尾,勢必造成尾刷的密封效果減弱,形成盾尾滲漏。 在地鐵三號線盾構施工中,我們有針對性地采取了以下措施:①采用法國產的優質盾尾油脂,可耐負壓5kg/cm2;②采用正確方法補充油脂,并合理保養維護,按理論計算正常補油脂單孔約為36s,每隔5R補充一次。但考慮到管片外壁質量,管片姿態和組裝質量等問題,一般在2R~3R要補充一次,但發生漏漿后必須進行漏漿處局部打油脂,如背填漿液漏漿,則最好進行局部清洗;③當發生嚴重滲漏或竄漿現象時,采用盾尾全艙處理法,以確保油脂艙內有足夠的量和壓力,并清除盾尾艙內的雜物。具體做法是從內圈開始,也就是千斤頂推至1505mm處,從上往下在內圈單孔打油脂,把相鄰孔逆止閥打開至干凈油脂溢出后停機,再從溢出孔處繼續打油后把相鄰孔打開,依次環向進行一周,再將千斤頂推至1877mm處,在外圈進行上述操作。2.5盾尾密封損壞 其原因如下:①盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產生塑性變形而失去彈性,密封性能下降,在壓力作用下導致漿液滲漏;②泥水盾構停止掘進時,土艙內有泥水的壓力作用,管片組裝時很易導致盾尾后退,造成盾尾刷與管片間發生刷毛方向相反的運動,使刷毛反卷,盾尾刷變形,密封性能下降而造成滲漏。防治措施包括:①嚴格控制盾構推進的糾偏量,盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致,減輕管片對盾尾刷的擠壓程度;②控制盾構姿態,嚴格控制管片組裝時的千斤頂伸縮量,避免盾構產生后退;③在條件允許的情況下,可更換第3道即最里面一道盾尾刷,以保證盾尾刷的密封性。3結束語 泥水盾構盾尾滲漏涉及到管片拼裝、切口泥水壓力、盾尾注漿壓力、盾尾油脂等多種因素,因此施工中必須在認真分析原因后采取切實可行的措施,慎重對待,以確保工程施工的進度與質量。參考文獻[1]張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構隧道[M][2]朱偉譯.隧道標準規范(盾構篇)及解說[M][3]項兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構技術[M]
⑶管片碎裂：在軸心線未產生較大偏差的狀態下,組裝工藝不合理或野蠻施工,K塊管片安裝時沒有足夠的空間,采用盾構千斤頂強行頂進,造成相鄰管片外壁處(尤其螺栓孔、角根部)在千斤頂高壓狀態下頂裂或破碎,而帶進盾尾艙,損壞盾尾刷,形成滲水通道而造成漏漿。 ⑷防治措施 ①加強拼裝施工培訓,提高拼裝人員的技術水平,要求管片不拼成橢圓形,且一環管片安裝后必須使用整圓器進行整圓,以減少橢圓和縱縫、環縫錯臺的現象。 ②在每次管片安裝前,應清除盾體內的渣土,避免安裝管片時難以對位,造成錯臺現象。 ③封頂K塊拼裝前,必須調整好開口尺寸,使封頂塊能順利插入到位。 ④管片構造可減小管環縱縫沿止水條外緣的構造縫寬度和高度(原設計分別為33.2mm和6mm),建議高度<20mm,以減少滲漏水力通道。2.2背填注漿 盾構機在掘進過程中,由于操作人員技術不熟練或雙液漿配比不合理,使漿液凝固時間過短,造成漿液不能充分填充管片后空隙,而是堆積在注漿口附近,造成注漿通道受限制,后續漿液壓力(一般控制在切口壓力+(0.6~1.0)kg)必然劇增,當漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時,就會擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成竄漿。因此在施工中必須嚴格控制雙液漿的配比,經常進行試驗和現場抽檢,確保其凝固時間為12～14s,另在注漿壓力劇增時應立即停止注漿,查明原因或者更換孔位后再進行注漿。2.3泥水壓力過大 由于在環流系統操作時開挖面的泥水壓力設定值過高,或切削下來的巖塊堵塞排泥管道口或泥水艙,都有可能導致泥水艙內泥水壓力過高,超過盾尾刷的抗壓能力,瞬間擊穿盾尾刷而造成漏漿。 在泥水加壓式盾構工法中,切口水壓設定通常應與作用在開挖面上的土壓保持平衡,水壓與開挖面上含水土體垂直作用的重力和土的內摩擦角有關。設P0為土壓(含水壓),即自然狀態下盾構機頭部2/3高度處的壓力,則切口水壓=P0+(0.01~0.02)MPa。動工前應在隧道線路上的多個地點進行土質和地下水調查,決定每個地點的設定切口水壓。在管道發生堵塞時,若開挖面水壓高于上限值則應立即暫停掘進,通過旁路調節使壓力從逸流閥卸掉,開挖面水壓恢復正常后逸流閥自動關閉,再把泥水送進土倉進行逆洗清通管路,或通過檢查判斷具體堵塞位置后人工清除巖塊。2.4盾尾油脂量和壓力不足 在盾構掘進過程中,盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進速度成正比,速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時間內不能滿足其消耗量,若不及時調整油脂泵注脂率,則盾尾刷內的油脂量和注入油脂的壓力不能及時密封盾尾,勢必造成尾刷的密封效果減弱,形成盾尾滲漏。 在地鐵三號線盾構施工中,我們有針對性地采取了以下措施:①采用法國產的優質盾尾油脂,可耐負壓5kg/cm2;②采用正確方法補充油脂,并合理保養維護,按理論計算正常補油脂單孔約為36s,每隔5R補充一次。但考慮到管片外壁質量,管片姿態和組裝質量等問題,一般在2R~3R要補充一次,但發生漏漿后必須進行漏漿處局部打油脂,如背填漿液漏漿,則最好進行局部清洗;③當發生嚴重滲漏或竄漿現象時,采用盾尾全艙處理法,以確保油脂艙內有足夠的量和壓力,并清除盾尾艙內的雜物。具體做法是從內圈開始,也就是千斤頂推至1505mm處,從上往下在內圈單孔打油脂,把相鄰孔逆止閥打開至干凈油脂溢出后停機,再從溢出孔處繼續打油后把相鄰孔打開,依次環向進行一周,再將千斤頂推至1877mm處,在外圈進行上述操作。2.5盾尾密封損壞 其原因如下:①盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產生塑性變形而失去彈性,密封性能下降,在壓力作用下導致漿液滲漏;②泥水盾構停止掘進時,土艙內有泥水的壓力作用,管片組裝時很易導致盾尾后退,造成盾尾刷與管片間發生刷毛方向相反的運動,使刷毛反卷,盾尾刷變形,密封性能下降而造成滲漏。防治措施包括:①嚴格控制盾構推進的糾偏量,盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致,減輕管片對盾尾刷的擠壓程度;②控制盾構姿態,嚴格控制管片組裝時的千斤頂伸縮量,避免盾構產生后退;③在條件允許的情況下,可更換第3道即最里面一道盾尾刷,以保證盾尾刷的密封性。3結束語 泥水盾構盾尾滲漏涉及到管片拼裝、切口泥水壓力、盾尾注漿壓力、盾尾油脂等多種因素,因此施工中必須在認真分析原因后采取切實可行的措施,慎重對待,以確保工程施工的進度與質量。參考文獻[1]張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構隧道[M][2]朱偉譯.隧道標準規范(盾構篇)及解說[M][3]項兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構技術[M]
