深埋盾构机施工盾尾漏水治理方法的探讨

深埋盾构机施工盾尾漏水治理方法的探讨

【摘 要】结合天津地铁金狮桥站～天津站区间隧道盾构施工工程，分析了盾构施工过程中盾尾失效引起漏水漏砂的原因，并提出了有针对性的应对措施，确保了盾构施工的安全进行，有一定的盾构施工借鉴价值。

【关键词】承压水层；盾尾失效；原因分析；应对措施

0. 引言

盾构在深层地下掘进施工中，盾尾密封很关键，从本施工案例来讲，盾尾密封失效风险，发生的概率较低，但一旦发生，处理不及时可能造成较为严重的后果，出现漏水漏沙现象，严重的话，引起地面塌陷，危及周边环境，造成巨大损失。 本文将结合天津地铁天津站～金狮桥站的隧道施工情况， 简要介绍有效应对盾尾密封失效治理方案，以期对今后隧道工程施工提供参考借鉴。

1. 工程概况

天津站～金狮桥站区间为单线单洞圆形区间隧道， 线路全长1211.496m ，最大纵坡为 30‰，隧道最大埋深为 22.5m 。 盾构机从金狮桥站始发，下穿狮子林大街、北岸华庭小区、胜利路、德丰花园小区、万春花园小区、河东区危改广场、华龙道、老龙头菜市场等，最终到达天津站接收。 盾构机选用的是日本川崎土压平衡盾构机，盾构管片结构形式为 准5.5m ，厚度 0.35m ，环宽 1.2m 。 每环管片共分 6 片：3 个标准块、2 个邻接块、1 个封顶块。

2. 地质、水文情况

盾构机穿越地层为全断面⑦4 粉砂层，为微承压水层，水土压力为 0.2Mpa 。

3. 现场漏水情况

右线盾构在推进 772 环（共计 1009 环）时，在盾尾左侧 7 点钟位置（按时钟点位置）出现漏水情况，现场采取注浆等措施封住后暂时停机。 两天后恢复掘进，开始推进 773 环，盾尾左侧 7 点钟位置再次出现漏水、漏砂现象，采取同步注浆及二次双液注浆控制住漏水、漏砂。 研究处理方案，五天后在采取加注盾尾油脂措施后，试推进约 5cm ，盾尾左侧 7 点位置再次出现漏水、漏砂。 三次盾尾漏水事故中水压都较大，约为 0.2Mpa ，且水中含砂量较多，共计漏水 50 方，漏砂 30 方。 该位置盾构埋深为 25.6m ，地面上有 2 层钢棚架结构的菜市场，菜市场结构基础为独立基础，整体受力较差。盾构机下穿该建筑物，推进影响范围为 758 环(刀盘切口进入菜市场) 至 824 环（盾尾脱出菜市场），总计 66环，穿越长度 79.2 米。 盾尾出现漏水事故后菜市场的沉降较明显，其中最大的一点累计沉降已达 21.27mm ，接近报警值 24mm ，墙体出现明显裂缝。

4. 盾尾漏水原因分析

引起盾尾泄漏的原因有很多，根据现场情况分析，有以下几种原因：

4.1 盾构机姿态欠佳

盾构机在掘进时总会偏离设计轴线， 必须不断的采取纠偏措施，让盾构掘进轴线回到正确的设计轴线上来， 切记出现偏差就猛纠猛调， 一般前进 1m 纠偏量为 5mm, 猛纠猛调容易造成隧道出现蛇形摆动, 还有可能造成盾尾间隙不均，间隙大的一边容易漏浆。实际盾构推进过程中由于盾构纠偏过猛，再加上管片拼装不好的原因，造成了盾尾与管片之间的间隙不均匀， 经实测，773 环管片与盾尾上部间隙为16mm ，下部为 91mm ，左边为 22mm ，右边为 20mm ，管片呈椭圆形。

4.2 盾尾油脂量和压力不足

在盾构推进过程中, 盾尾刷与管片的摩擦消耗的油脂与掘进速度成正比关系, 如推进速度过快而注入盾尾的油脂量和注入压力不足，难以满足其消耗量要求，则会减弱密封效果，形成盾尾漏浆。该盾构机前期推进过程中有一根盾尾油脂泵管路堵塞，造成密封刷内油脂压力过低和密封油脂压入量不足。

4.3 盾尾密封局部损坏

盾构机盾尾密封是盾构机用于防止地下泥水、土砂和注浆浆液从盾尾侵入盾构机的重要部分，由盾尾钢丝刷和盾尾油脂组成，盾尾钢丝刷在盾尾壳内共布置三道（见图 1），随着盾构推进，盾尾油脂持续地打进三道盾尾钢丝刷和管片外周边所形成的两个腔内，始终保持管片外周边与盾壳之间的间隙密封良好。金狮桥—天津站区间盾构施工中，一方面由于盾尾密封性能不好，使部分浆液（水泥砂浆）流入密封刷内部及空腔内，浆液凝固变形，在盾构推进时与管片外周不断的发生摩擦，使得密封钢丝刷折断损坏；另一方面油脂注入量不足，使盾尾密封与管片之间形成空隙，密封失效，形成漏水通道。

5. 具体解决方案

由于本段隧道埋深大、位于微承压水层中，且盾构下穿建筑物，若采取更换盾尾刷方式风险很大，无法确保成功，经充分分析论证，决定采取封堵后继续掘进的方式，采取措施如下：

5.1 封堵地下水

5.1.1 对已拼装完管片处的堵水措施

①在脱出盾尾后 4 环位置进行二次注浆（5 环内注双液浆，容易损坏盾尾刷），浆液为双液浆，形成后部封闭止水墙。 双液浆浆液配比为：水泥浆（水灰比为 1:1）、水玻璃（35 波美度），水泥浆：水玻璃=3:1~2:1；注浆压力不大于 0.5Mpa 。 防止压力过大双液浆进入盾尾刷对其造成进一步破坏。

②在脱出盾尾后第 3 环注入上海隧道公司生产的油容性聚氨酯（发泡效率大，密封效果好）封堵，采取整环不少于 2 点位注入，注入量为 300kg 。

5.1.2 增加“密封腔”措施（对应下图 2）

盾构姿态控制欠佳，盾壳与管片间间隙不均，下半部位间隙过大，采取措施是：管片拼装前在 3-9 点钟（时钟平面）之间的管片下部垫两道海绵条，规格为 40*40*200cm 或 25*25*200cm，依据盾尾间隙大小选用。 管片拼装完毕后，在管片下部的 5 点和 7 点两个吊装孔内注入盾尾油脂填满腔体，浸满油脂的海绵条起到很好的堵水作用。 油脂注入量不少于 160L ，油脂泵出口压力为 1-1.5mpa 。 这样就又形成了一个密封腔，起到了加强盾尾密封的效果。

5.1.3 封闭管片与盾构机壳体内壁之间的空隙

在盾尾内部已拼装完成的管片间隙部位敷设高压胶管，同时用钢板将管片与盾构壳体内壁缝隙封闭支档。 为了方便施工，将钢板用螺栓紧固在推进千斤顶上，川崎盾构机共 20 根千斤顶，每根千斤顶上都紧固一块， 钢板块与块之间连接紧密，20 块正好连成一个密闭的圆，起堵水作用。

5.1.4 原有盾尾密封系统

在已拼装管片下部两吊装孔注入盾尾油脂填满空隙，选用优质进口高密度微膨盾尾密封油脂，注入量不少于 160L ，出口控制压力 2.5-4.5Mpa ；盾尾密封刷内油脂注入压力控制在 5-6Mpa ，每环注入量不少于 50L 。

5.2 盾尾钢丝刷修复（对应上图 1）

盾构施工过程中，盾尾钢丝刷部分折断磨损，密封不严，形成漏水通道，为解决这一问题，我们在管片与盾壳间隙较大部位填塞浸满油脂的钢丝球，在管片脱出盾尾时，钢丝球挂在盾尾钢丝刷上，有效地弥补了钢丝刷的空隙，具体做法是在盾尾 4-7 点位置填塞 100-200 个钢丝球，修复效果非常理想。

5.3 盾尾油脂质量控制

盾尾油脂须达到一定的黏度，同时又需要有良好的泵送性能。 如果泵送性差，油脂就不能被充分泵送到盾尾刷内，使盾尾尾刷产生空隙。如果黏度太小，那么被泵送的盾尾油脂就自然流到底部，在盾尾尾刷顶部产生空隙。 经过分析比较决定 选用上海茨夫生产的鲁伯茨-1000 型。

5.4 轴线控制及管片拼装

严格控制盾构姿态，推进速度控制在 10-20mm/min 左右，土压控制在 260kpa 。 尽量避免纠偏过急现象；本环推进完成后，拼装一环转弯环调整管片姿态，以减少下部间隙；严格控制管片拼装质量，及时螺栓复紧，减少管片失圆量；

5.5 管片背后注浆控制

推进时同步注浆采用单浆液，注浆量控制在 5.5 方，压力控制在0.5Mpa 之内 ；同时要求浆液稠度为 9-11，初凝时间不大于 6 小时 ，经过现场实验比选最终确定配比参数如下：

5.6 加强监测

加强地面及建筑物沉降监测（每天不少于 4 次），对盾构及隧道管片变化观测每天 2 次，及时有效地掌控施工信息。

6. 推进效果评估

采取上述措施后，右线盾构从 773 环起推至 1009 环，共推进 236环，未再发生漏水漏沙事件，已顺利接收。上述措施一方面避免了深埋盾构在微承压水层软弱地质地段，更换盾尾刷失败的较大风险，另一方面节约了时间，提高了工作效率。

7. 结语

金狮桥站--天津站右线隧道盾构穿越建筑物时，掘进过程中发生盾尾密封局部失效，引起盾尾严重的漏水漏沙事件，危及周边环境安全。针对这一盾尾密封失效险情，所采取的止水密封措施，在目前国内穿越深埋微承压水层、软弱地质隧道中属于首次应用，经工程实践证明是安全、有效、科学的，为盾构施工积累了经验，值得参考借鉴。

【参考文献】

［1］广州地铁3 号线盾构隧道工程施工技术研究．2004（1）．