盾构机盾尾密封漏浆的原因分析及对策

海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的原因分析及对策 摘 要：结合深圳地铁罗宝线土建六标区间隧道的施工，详细介 绍海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的常见原因和处理方法， 盾构机盾尾漏 浆涉及到盾构施工的注浆压力、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状 况、盾尾油脂、管片拼装等多种因素，该工程中盾构机盾尾漏浆的主 要原因是由于管片拼装变形和错台而在管片纵缝处形成了漏浆通道， 采用在每块管片两头止水条下部粘贴海绵条封堵漏浆管道， 取得了较 好效果。 一、工程概况 深圳地铁罗宝线土建六标有 2 个区间， 即新安站宝安中心站和 宝安中心站宝体公园站，单线总长 1315.188m。区间最大埋深 15.91m，最小埋深 10.86m。隧道主要穿过砂层、粉质黏土、砂质黏 土、砾质黏土层。隧道顶多在砂层范围，基础底主要落在黏性土上， 部分在全风化花岗岩上。盾构区间圆形隧道外径 6m，内径 5.4m，管 片宽 1.5m，厚 300mm。管片分割数是“3+2+1” ，即每环 3 个标准块 A1、A2、A3，2 个邻接块分别为 B、C 型， 1 个封顶块为 K 块。采用 2 台海瑞克公司生产的 EPB 6250mm 盾构机在左右线分别进行隧道掘 进施工。在施工中右线盾构机掘进到 4 环时开始同步注浆，发现盾尾 多处漏浆，掘进到 20 环时漏浆严重，注浆压力很低，注浆量也很少。 后利用海绵堵塞盾尾漏浆处，掘进到 36 环时停机检查更换 2 道盾尾 刷中的部分损坏的盾尾刷后，仍然漏浆严重。由于盾尾的漏浆使注浆 量不足， 注浆压力偏低， 地表沉降超限， 影响了施工进度和施工质量。 经过认真分析和查找原因，采取了切实可行的措施，有效地解决了盾 尾漏浆的问题，保证了工程顺利进行。 二、盾构机盾尾注浆系统和盾尾密封系统的结构 盾构机盾尾密封及注浆结构示意如图 1 所示。从图 1 可以看出，盾尾 有 3 道密封刷，盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂，保证 盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出， 同时防止地下水渗漏到盾构机内。如果盾尾刷损坏，导致盾尾漏浆， 地表下沉严重，同时地下水流入隧道，后果将不堪设想。 图 1 盾构密封及注浆结构示意 三、盾尾注浆的目的及分类 1、注浆目的 1.1 控制地层变形 由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径， 管片拼装完毕并脱出 盾尾后，与土体间形成一个环形间隙，简称盾尾间隙(图 2)。盾尾间 隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地表、建(构)筑 物沉降或隧道本身偏移。 盾尾注浆的最重要目的就是及时填充盾尾间 隙， 防止因盾尾间隙的存在导致地层发生较大变形。 盾尾脱离管片后， 土体与管片存在着间隙，此时浆液迅速及时填充空隙，可大大减小土 层的移动，从而减少地表的变形。 图 2 管片和成洞洞体间隙示意(单位：mm ) 1.2 提高隧道的抗渗性 盾尾注浆液凝固后，一般都有一定抗渗性能，可作为隧道的第一 道止水防线，从而提高隧道抗渗性能。 1.3 确保隧道的稳定性 盾构法隧道是一种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造 物，管片背面空隙均匀密实地注入、填充浆液是确保土压力均匀作用 的前提条件。具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙，可确保管 片衬砌的早期和后期稳定性。 2、注浆系统分类 2.1 根据注浆与盾构掘进的关系，从时效性上可将盾尾注浆分为 三大类 (1)同步注浆 盾尾间隙形成的同时，立即注浆，使浆液即时填充盾尾间隙。 (2)及时注浆 掘进 1 环或数环后，盾尾已存在大量间隙空间，才对盾尾间隙进 行注浆。这种注浆方式由于不能迅速对盾尾间隙进行填充，增大了对 土体的扰动性，不利于地面沉降控制，而且由于早期管片脱出盾尾后 处于悬空状态，受力状态较差，容易发生错台。因此，该方式仅在地 质情况良好、对地表沉降要求较低时才能使用。 (3)二次注浆 一次注浆效果不理想时，需要通过二次注浆对前期注浆进行补 充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异常时或在一些特殊地段(盾构 进出站、联络通道附近)使用。 2.2 根据注浆的位置不同，可将盾构注浆方式分为两大类 (1)通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆 如图 1 所示，这种注浆方式大多采用同步注浆。注浆管的埋设形 式有 2 种，可分为内凹式和外凸式，如图 3 所示。2 种不同形式主要 是从盾构机设计上考虑的。外凸式注浆管减小了盾尾内部的占用空 间，可一定程度地减小盾构外径，从而减小盾尾间隙，有利于减小土 体扰动和控制掘进过程的地面沉降。但由于盾壳的非圆性，不利于盾 构进、出洞，且在较硬土层容易磨损，一旦磨损后无法修复。而内凹 式注浆管则在一定程度上增大了盾构外径和盾尾间隙，相对而言，增 加了盾构掘进过程对周围土体的扰动，但由于不易磨损，其地层适应 性更为广泛。 (2)通过管片上的注浆孔注浆如图 4 所示 这种注浆方式既可进行同步注浆，也可进行及时注浆和二次注 浆。 图 3 注浆管布置形式 图 4 通过管片注浆孔注浆 3、注浆液的选择 3.1 尾注浆浆液分类 (1)单液浆 由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机中一次拌和而成， 这种浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。 惰性浆液即浆液中没有掺加 水泥等凝胶物质，早期强度和后期强度均很低的浆液。而硬性浆液即 在浆液中掺加了水泥等凝胶物质， 具备一定早期强度和后期强度的浆 液。对于惰性浆液，浆液强度、初凝时间、泵送性能和含水量密切相 关，含水量大，则强度低，泵送性好，含水量少，则反之;对于硬性 浆液， 浆液强度、 初凝时间、 泵送性能和水灰比密切相关， 水灰比高， 则强度低，泵送性好，水灰比低，则反之。 (2)双液浆 双液浆为由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻璃等组成的B液混 合而成的浆液。双液浆又可根据初凝时间不同分为缓结型(初凝时间 30-60s)和瞬凝型(初凝时间6mm，上下部分纵缝6mm， 纵缝处的油脂无法承受浆液的压力，就形成一个渗漏通道，造成盾尾 漏浆。盾尾和管片椭圆的关系如图 5 所示。 图 5 盾尾变形(单位：mm ) 8、管片错台 由于工人对管片拼装不熟练，造成管片错台严重，特别是在纵缝 错台产生后，使得盾尾刷无法紧密包裹在整环管片，很容易形成浆液 渗漏通道。虽然盾构推进时盾尾油脂仓内有盾尾油脂填充纵缝，但在 较高的注浆压力作用下，极有可能将油脂冲脱而击穿盾尾刷，造成盾 尾漏浆。盾尾与管片纵缝的错台关系如图 6 所示。 图 6 管片错台 五、解决盾尾漏浆的对策 根据以上盾尾漏浆的原因分析，进行了排查，最终发现由于管片 拼装变形和错台而在管片纵缝处形成漏浆通道是造成盾尾漏浆的主 要原因。经在每块管片两头止水条下部粘贴海绵条封堵漏浆通道，效 果比较明显，没有再发生漏浆现象，注浆压力和注浆量都正常了，地 面沉降也得到了有效控