大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治

第6卷第3期2009年6月

现代交通技术

Modern Transportation Technology

Vol.6No.3June 2009

大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治

赵

誉

（北京中铁建房山桥梁有限公司，北京102400）

摘要：结合南京长江隧道盾构施工工程，分析了盾构施工中导致盾尾泄漏的各种原因，并提出了有针对性的预

防措施及应急预案，确保了南京长江隧道盾构施工安全实施。关键词：过江隧道；盾构施工；盾尾泄漏；原因分析；预防措施中图分类号：U445.43

文献标识码：B

文章编号：1672－9889（2009）03－0073－04

Prevention on Shield Leakage for Shield Machine with Large Diameter in Long

Distance Cross -river Tunnel Construction

Zhao Yu

（China Railway Fangshan Bridge Co. ，Ltd. ，Beijing 102400，China ）

Abstract ：According to shield construction of Nanjing Yangtze river tunnel project ，this paper analyses the causes leading to shield tail leakage in shield construction ，and the pertinence prevention measures as well as emergency plans are also proposed to ensure the shield construction safty of Nanjing Yangtze river tunnel.

Key words ：cross -river tunnel ；shield construction ；shield tail leakage ；reason analysis ；prevention measures

1概述

一般而言，把直径超过10m 的盾构机称为大直

生盾尾泄漏的情况。

2盾尾泄漏的原因分析

造成盾构机盾尾密封发生泄漏的原因有多种，

径盾构机；单台盾构1次不间断掘进长度超过2km 时，称为长距离掘进施工。大直径长距离过江隧道的施工，面临着比地铁施工更为严峻的问题：首先埋深较深，水压力大，一般达到650kPa 或更高；其次在水下推进过程中基本不具备维修、更换尾刷的条件，即使进行维修，也存在着巨大的风险和高昂的成本。所以，大直径长距离过江隧道盾构施工中，盾尾泄漏的预防工作，是重中之重。

南京长江隧道采用2台直径14.93m 的泥水平衡盾构进行施工，自工程开始，盾尾密封的防护就一直是施工方高度重视的课题，结合广州地铁等地的施工经验，分析了盾尾泄漏的可能原因，并有针对性地制定了可行应对措施，有效地保护了盾尾密封，截至目前，隧道已经推进接近4000m ，没有发

在小直径盾构施工中，管片错台是造成盾尾泄漏的因素之一；但在南京长江隧道大直径盾构施工中，管片拼装精度很高，不易发生变形，实际施工中管片错台量能控制在5mm 以内，因此长江隧道施工中，由于错台而引起盾构管片渗漏的可能性不大，不作为一个影响因素列出。

2.1盾尾刷安装方式不科学

盾尾刷是由宽20cm 的很多小块尾刷连接而

成（见图1），一般在盾构机组装完之后现场安装，很多工地在安装时忽略了安装时尾刷背部弹簧钢板的搭接顺序，导致尾刷上的钢板没有形成彼此的保护，而是杂乱无序，使其整体耐压能力大打折扣。

作者简介：赵誉（1968-），男，山东安丘人，高级工程师，主要从事地铁隧道工程建设管理工作。

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内环面向下的生产工艺，内环面的精度取决于钢模的精度。但是外环面的精度受生产时外环面盖板的安装精度、混凝土抹面工的打磨技术等影响，精度较低［1］。并且，在吊运、存放的过程中，外环面容易受到损坏，再次修复的精度全凭工人技艺，很难保证。实际施工中，曾发现过外环面误差超过10mm 的管片。

外环面的不平整，首先会使盾尾密封刷在管片

图1

安装前的盾尾密封刷

的不平整处与管片产生间隙，易导致盾尾泄漏；其次，较大的凹凸不平，会加快盾尾密封刷的磨损速度。

2.2始发时油脂涂抹不到位

负环管片拼装之前，应当对密封刷进行手工涂

2.5管片外环面纵缝的间隙

如图3所示，管片拼装完毕后，外环面2块管

抹盾尾密封油脂的工作，以使油脂尽可能均匀地填充在尾刷的内部，起到耐压作用。如果油脂涂抹不均匀或者不到位，该处的钢丝刷内会形成空腔，成为整个盾尾密封的薄弱点，从而极易被击穿。

片的连接处存在一个8mm 的缝隙，理论上，该间隙会被盾尾密封油脂填充，但实际上，当推进1环至1m 行程时，4道盾尾密封刷全部被这一环管片覆盖，该间隙形成一个联通盾尾内部与外部的通道，随着埋深的逐渐增大，填充其中的油脂会无法承受逐渐增大的泥水或砂浆压力，被击穿为一个泄漏通路。

2.3盾构姿态不理想

如图2所示，盾尾密封刷被管片压伏在盾壳

上，掘进时，弹簧钢板和钢丝刷紧贴着管片拖拉滑动，在理想的盾构机姿态下，管片与盾壳之间的间隙为65mm ，称之为盾尾间隙。地铁盾构的盾尾间隙一般在80~90mm 。

图2盾尾密封刷工作原理示意图

图3

外环面纵缝间隙示意图

（1）当盾构机姿态向隧道轴线某一侧偏离时，该侧的盾尾间隙增大，例如，盾构姿态偏向隧道轴线下方30mm ，下部盾尾间隙就会增大至95mm ，上部盾尾间隙就会相应的减小至35mm 。盾尾间隙增大的一侧，密封刷与管片之间易形成间隙，容易被盾尾外部的泥水或砂浆击穿，导致泄漏；如果长时间在这种姿态下推进，盾尾间隙减少的一侧密封刷的磨损会急剧加大，一段时间后更易被击穿。

（2）盾构姿态纠偏过急，导致盾尾轴线与管片轴线形成一定的夹角（大直径盾构没有盾尾铰接装置），管片前沿会严重地拉擦盾尾密封刷，最严重的情况会导致下一环管片拼装时与盾尾壳的间距变为零而无法拼装。

2.6同步注浆管理失控

（1）在同步注浆的管理上，较为常见的问题就

是注浆压力过高，砂浆直接击穿盾尾。

（2）砂浆的饱满和均匀其实是对盾尾密封刷的第1道保护，在泥水盾构中尤其突出。整个盾构机的盾体从前至后是一个倒楔形，因此掘进过程中开挖仓和盾尾其实是相通的，盾尾密封刷外面就是泥浆，泥浆的渗透性要比砂浆强很多，如果盾尾密封刷直接面对泥浆，几乎可以肯定每一环的管片外环面纵缝处都会发生泄漏。而饱满均匀的砂浆会在盾尾处形成一个隔离层，隔开泥水和盾尾密封，渗透性差的砂浆成为盾尾密封的第1道保护。

2.4管片外环面不平整

管片浇筑时，为了保证内环面的高精度，采用

2.7盾尾密封油脂注入管理失控

（1）盾构机推进过程中，盾尾刷之间的密封腔

第3期赵誉：大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治

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中的油脂会附着在管片上不断消耗，因此在推进的过程中要不断地注入油脂。每台盾构机每推进1环，其消耗的油脂量是一定的，那么每环的油脂注入量应该是大致相等的。如果缺乏管理，油脂注入不均匀，甚至长时间不注油脂，盾尾密封的耐压能力将急剧下降直至被击穿。

（2）盾构机因为设备维修等原因有时需要停机一段时间，这段时间内，有可能会忽略对盾尾油脂注入的管理。在停机时，由于压力差的原因，盾尾密封腔内的油脂会不断地向外部砂浆和盾尾内部缓慢渗透，时间长的话，密封腔内的压力会降得非常低，此时盾尾特别容易在外界砂浆不够饱满处被击穿。

图5

手工涂抹盾尾密封油脂位置示意图

2.8长距离掘进的正常磨损

在长达2km 以上的推进过程中，即便将预防

措施做到最好，盾尾密封刷的磨损也在所难免。钢丝会逐渐磨断或脱落，内外层的保护弹簧钢板也会逐渐有一部分脱落，盾尾的密封性会逐步降低。

图6

正确涂抹密封油脂后的盾尾密封刷

3预防措施

针对以上分析的盾尾泄漏的原因，提出了有针

3.3保持良好的盾构机姿态

（1）推进过程中尽可能使盾构机姿态靠近隧道

对性的预防措施。

轴线，操作手要不断根据测量系统的反馈调整盾构机的姿态。

（2）根据盾构机的姿态和盾尾间隙的实际测量值，选择合适的管片类型，减小盾尾间隙的不均匀性。

（3）如果盾构机姿态已经过差，要采取纠偏措施，但纠偏不能过急，每环纠偏3~5mm 即可。注意，采取纠偏措施后，并不一定当环见效，有可能偏差继续增加，这是因为偏移的趋势还存在，偏差还没有达到峰值，此时确保偏差增加的速度减小就可以了。

3.1正确的安装盾尾密封刷

正确的安装盾尾密封刷，这是所有工作的前

提。每块尾刷后部的弹簧钢板应该在安装时沿顺时针或逆时针（注意只能是一个方向）一块压住一块，形成一个封闭的搭接环，正确安装后的效果如图4所示：

3.4加强管片质量监测

要求管片场在生产过程中严格控制外环面的

平整度；减少在吊运过程中的损坏；如确有损坏需要修补，一定要确保达到质量要求。

3.5

图4

安装完成后盾尾刷背部弹簧钢板搭接图

增加外环面纵缝密封条

为了消除外环面纵缝的通道，增加了1道纵缝

3.2始发前正确地涂抹油脂

制作若干细长的钢板或竹片，用他们分开盾

密封条，如图7所示。

3.6保持盾尾同步注浆饱满

如前述，注浆量参考理论注浆量进行控制，同

尾密封刷的钢板与钢丝、中间钢丝网与钢丝，把尾刷人工涂抹进去，并在整道尾刷的根部涂抹尽可能多的油脂，如图5所示，涂抹之后的效果如图6所示。

时控制注浆压力：

（1）根据理论注浆量和推进的行程，对比实际注浆量，防止注浆过多；其次，密切关注注浆管道的

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压力反馈值，注浆压力不应超过该处外部泥水压力过多，不可超过盾尾密封油脂的压力。

（2）个别环即使注浆量超出理论量很多，但是注浆压力很低，则根据压力控制，只要压力不超盾尾耐压，可以多注。

空间，降低砂浆压力。如果由于砂浆不足导致泄漏，在砂浆没有大量泄漏，只有泥水泄露的状况下，也必须持续掘进，同时同步注浆，补注油脂，以利砂浆和油脂填补空腔；如果砂浆已经开始泄露，则可以停机补注油脂，直至砂浆停止泄露。

（2）分清泄漏状态。发生盾尾泄露时，及时查看注浆压力和注浆量，对照理论值；查看泄漏出来的物料的组成，结合第（1）点综合分析泄漏是由于砂浆注入过多所导致的还是由于砂浆注入不足所导致的，然后有针对性地处理。

（3）确定是否停止注浆。如果能够确定是砂浆注入过多导致泄漏，在维持推进的同时，应当暂时停止注浆，以减少外界的压力；如果确定是砂浆注入过少导致泄漏，如果泄露较小并是较稀的泥水，则维持推进，并应当持续进行同步注浆，同时要严

图7增加的外环面纵缝密封条

密监控注浆压力，一般这种情况下，注浆压力会偏小，为了防止矫枉过正，注浆压力应限制在当前掌子面压力以下，如果泄露较大且为砂浆，须停机补注油脂，停止注浆。

（4）加大油脂注入量。不论是何种泄漏原因，油脂注入量都必须加大，虽然可以选择局部加大油脂注入，但是，为了降低风险，最好选择全部油脂管都打开补注。

（5）后续观察和补充盾尾油脂。任何一环发生泄漏后，后续几环要有意识地加大盾尾油脂的注入量。

（6）盾尾排水。在采取以上所有措施的同时，立即通知相关部门，安排专人负责盾尾排水。

3.7监控油脂注入参数

每环推进之后会复核油脂的消耗量，这样已经

将油脂泵故障所造成的风险降到了最低。但是，鉴于埋深较深，水压较大，推进过程中及停机状态时油脂的流失等等，有可能会有局部盾尾油脂压力下降到接近于甚至小于水压的状态。操作手应当不定时检查所有的压力传感器显示值，发现有压力偏低时，应当进行补注。

3.8定期手动补注油脂

为了将各种风险降到最低限度，实际上采取

了每班手动补充一次盾尾油脂的做法，补充时，宜在停机状态进行，将所有油脂管全部打开，补注5~

5结语

事实证明，通过事先分析所有可能造成泄漏的

10min ，或补注至第3道尾刷压力达到高出水压力100~200kPa 。3.9

严密关注盾尾实际的密封情况

随着埋深的增加，掘进距离的增加，尾刷磨损的增加，对盾尾密封情况的监测也要更加频繁，每环推进过程中都安排专人观察盾尾有无渗漏水的情况，一般而言，少许清水的渗漏是正常现象，但是一旦出现，该处的油脂就需要立即多注。并且，随着距离的增加，可以适当调高每环油脂消耗量。

原因，提前制定全面的切实有效的应对措施，施工中管理到位，是可以避免盾尾泄漏的发生的。重点应当放在全面分析、全面预防上，不可有遗漏的风险点。同样的做法，也适合于更易控制和管理的地铁小直径盾构。

参考文献

［1］潘国庆. 隧道施工中盾构盾尾密封渗漏风险源分析［J ］. 中

国市政工程，2008，（5）：59-60.

［2］刘玮，马升雁. 泥水平衡盾构机渗漏原因分析及预防措施

［J ］.2006，（4）：61-62.

［3］吴昌荣，王雪琴，喻伟. 浅谈泥水盾构隧道渗漏原因及分

析［J ］. 山西建筑，2008，34（32）：331.

（收稿日期：2009-05-08）

4应急措施

在万一发生泄漏的情况下，应当采取如下应急

措施：

（1）确定是否停止推进。如果是由于砂浆过多，压力过高导致盾尾泄漏，必须持续掘进以开挖更多