大直徑泥水盾構(gòu)盾尾密封失效原因及應對措施

王偉偉

摘 要：隨著中國隧道技術(shù)的不斷發(fā)展，盾構(gòu)隧道開挖技術(shù)日益普及，盾構(gòu)隧道尾油防水密封技術(shù)尤為重要，因為防水密封技術(shù)不在現(xiàn)場，將直接影響盾隧道工程的質(zhì)量，不僅會懷疑中國隧道工程的發(fā)展水平，而且會嚴重威脅行人的人身安全和人身安全，這表明對隧道工程的分析和研究盾構(gòu)隧道尾部防水密封和盾尾密封對提高盾構(gòu)隧道工程質(zhì)量具有重要意義。本文主要分析大直徑泥水盾構(gòu)盾尾密封失效原因及應對措施。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu);盾尾刷;盾尾間隙

引言

針對導致盾尾密封失效的因素，應從盾構(gòu)生產(chǎn)到進場拼裝，從掘進參數(shù)到油脂質(zhì)量把控等多個方面采取具體的控制措施，以保證盾尾密封安全。為以后大直徑泥水盾構(gòu)隧道項目施工提供參考和借鑒。

1、盾尾密封技術(shù)概述

盾構(gòu)隧道主要通過盾構(gòu)機械開挖，拼裝并預定混凝土隧道管片，通過不斷的挖掘與拼裝形成隧道，在隧道盾構(gòu)道具中，適當?shù)墓艿牢挥诙軜?gòu)機械外，在此過程中，護罩結(jié)構(gòu)在管板上起到了一定的保護作用，因此護罩與管板之間存在一定的間隙，密封設(shè)備必須安裝在管板的外墻和護罩末端之間。土地防止密封滲透時間隙填補，從而促進盾構(gòu)的正常挖掘。護罩尾部密封技術(shù)主要包括盾構(gòu)尾部密封裝置和護罩尾部密封脂肪密封原理兩部分。初盾尾密封主要采用橡膠材質(zhì)的密封件，利用盾尾盾殼鋼板斷面將橡膠件進行壓密止水，密封壓密需要橡膠件具有較強的耐磨性，，這種密封工藝效果不好，順序要加強密封效果，目前，大部分護罩尾部密封技術(shù)采用彈簧鋼皮，并使用鋼絲刷填充脂肪來密封護罩尾部。護罩尾部脂肪在密封技術(shù)中可起到良好的密封和潤滑作用，不僅能夠保護盾尾密封材料彈簧鋼片和鋼絲刷，而且能有效避免覆蓋層漿料流動，讓底部隧道暢通。護罩尾部密封潤滑劑的密封原理主要是指在屏蔽挖掘前對施陶爾克瓦清洗潤滑劑，潤滑劑粘度大，可附在紗井上，具有良好的密封效果。

2、盾尾密封影響因素分析

2.1設(shè)計與制造

盾構(gòu)機設(shè)計制造期間，盾尾的間隙設(shè)計不滿足隧道施工，尤其是在小轉(zhuǎn)彎隧道施工盾尾左右間隙難以控制，極易出現(xiàn)單側(cè)間隙過小，盾尾刷前部保護板出現(xiàn)磨損或者擠壓斷裂等;盾尾制造期間由于需要同時預埋注漿管路，可能會造成盾尾油脂[8]注入孔分布不均勻，后期在掘進施工過程中，部分位置油脂注入量過小，將會出現(xiàn)盾尾刷磨損;盾尾鋼結(jié)構(gòu)薄弱，夾層位置未增加肋板進行加固，掘進施工過程中一旦遭遇基巖突起極易出現(xiàn)盾尾變形，將導致盾尾泄露。

2.2現(xiàn)場組裝

1）始發(fā)時盾尾的圓度。新造盾構(gòu)機一般會經(jīng)過陸運、水運至隧道施工場地，到組裝完成，盾尾一般經(jīng)過3次以上倒運吊裝，組裝完成后會發(fā)生不同程度的形變（盾尾圓度誤差允許3cm以內(nèi)），導致盾尾間隙不均勻，變形點會形成盾尾密封薄弱點。2）盾尾刷的質(zhì)量及安裝工藝。盾尾刷主要由保護板、鋼絲刷、壓緊板、基座板四部分組成，如圖1所示，由于盾構(gòu)施工環(huán)境復雜，所以對盾尾刷各部分的設(shè)計尺寸、基礎(chǔ)材質(zhì)、制作工藝等都會有嚴格的要求，當其中一項或幾項達不到要求時，盾尾密封效果將直接受到影響。3）鋼板束及止?jié){板的選擇。鋼板束及止?jié){板主要為螺栓式連接，安裝時的搭接順序，接頭個數(shù)及位置是否達到標準，若鋼板束的厚度及選型過于薄弱，在盾構(gòu)同步注漿、二次注漿時漿液會流竄到最后一道密封油脂腔內(nèi)，造成盾尾刷的損壞。

2.3盾構(gòu)掘進施工期間

1）管片拼裝質(zhì)量。管片拼裝時，會不可避免的產(chǎn)生一些錯臺，導致成環(huán)管片的外弧面不平整，將會加劇盾尾刷磨損、變形，也同時消耗更多油脂，極易出現(xiàn)盾尾滲透現(xiàn)象。2）姿態(tài)控制。隧道設(shè)計軸線中含有小曲率轉(zhuǎn)彎段，大坡度段等，并且地層中含砂率較高，固結(jié)效果差。在該線路掘進時，盾構(gòu)姿態(tài)較難控制，對應盾尾間隙也較差[12]。若盾尾間隙過小，就會對盾構(gòu)刷造成永久性損壞。3）油脂注入量。盾尾油脂的注入量是盾尾密封的保證，在正常掘進過程中，要保證油脂注入量足夠，并且保證均勻，飽滿。掘進速度較快，但油脂注入量較少，就會導致砂漿及外部的泥沙進入油脂腔，影響密封效果，也會對盾尾刷造成磨損。一旦盾尾油脂注入量不足，極易發(fā)生大面積的水及泥沙進入盾尾，對盾尾刷造成永久性的損傷。4）盾尾清理。在管片拼裝過程中，下部的盾尾一般會有一些泥沙等垃圾，在清理不到位的時候，會使盾尾的部分泥沙隨著推進進入油脂腔，對盾尾刷造成損壞。

3、盾尾密封滲漏控制措施

3.1管片選擇和安裝

1）為避免管件安裝錯誤，在選擇管件時應遵循“小偏差修正”的基本原則。2）管件的選取和安裝應根據(jù)管道打開前的標識進行，模型和質(zhì)量應符合設(shè)計要求。3）安裝套管時，應嚴格按照規(guī)范進行安裝。

3.2管片上浮預防及治理措施

1）選擇適當?shù)耐椒时?，及時在管板背面進行二級地板處理。2）控制盾構(gòu)機姿態(tài)盾構(gòu)機的過度蛇行運動，必然會引起偏差的頻繁修正，這是管表面功率不均的過程。因此，應控制屏蔽挖掘器的比例，使其沿著隧道中心移動一點。盾構(gòu)隧道水平位置和通道軸線標高的允許偏差為50mm。發(fā)現(xiàn)偏差時，應逐步糾正，不應迅速或大幅糾正偏差，以避免管子環(huán)形表面人為出現(xiàn)嚴重的力不平衡現(xiàn)象。3）根據(jù)統(tǒng)計，控制護罩的通過率，適當控制護罩的步速，確保隔板尾部形成時的空間容量與紙漿量之間的平衡，嘗試為了避免地下水霧氣稀釋，降低糞肥性能。同時，同時，每天的掘進進尺應控制在6～8環(huán)，使霧氣可以完全凝固和穩(wěn)定。4）為避免限制管限，對護罩機、管板姿態(tài)進行調(diào)整，根據(jù)管上的浮積，及時調(diào)整管板裝配位置或調(diào)整護罩機姿態(tài)。

3.3保證盾尾密封油脂的質(zhì)量

密封潤滑脂的填充量多充分填充鋼絲傾斜刷間隙，防止泥漿和沙滲透到鋼絲傾斜刷間隙并顯示填充，因為大量鋼絲刷在管板壓縮下，造成彈性變形，使鋼絲表面傾斜刷靠近管板。在推進過程中，鋼絲傾斜刷的尾部與管片相比推進，導致磨損，直到損壞失敗。增加機油量，選擇高質(zhì)量的密封潤滑脂，以減少尾部傾斜刷與管板之間的摩擦，延長尾部傾斜刷的使用壽命。

3.4盾尾密封保護措施

1）在水壓高、成形滲透性高的情況下，盾尾壓力高于深埋在隧道中的泥漿和水壓。2）在盾構(gòu)機端部設(shè)置3道密封刷，將鋼板彈簧和鋼絲刷集成在一起，并將鋼彈簧和線刷調(diào)節(jié)為氟化樹脂銹阻抑制劑。3）選擇高品質(zhì)的潤滑劑，并不斷用板的末端刷油。4）避免同步灌漿，繼發(fā)性脊柱填充損傷史陶爾克瓦。5）為保證盾構(gòu)機密封性，管片拼裝過程中應注意控制盾尾間隙。

3.5盾尾發(fā)生泄漏的控制措施

1）護盾施工工作面配有灌漿織物、木材、棉紗、麻繩等應急材料，對盾構(gòu)尾部的漏點進行密封。漿體發(fā)生泄漏后，連續(xù)泵送盾尾油脂封堵，同時現(xiàn)場工作人員用海綿握住泥漿泄漏進行密封，防止霧與泥漿之間的糞肥進一步從地面存在。2）在施工過程中應不斷倒出尾部密封脂肪。在溶液泄漏的情況下，隧道必須停止并泵入護罩尾部密封，直到拍攝完成，隧道仍在建造。管片出盤端后，用快速凝固的雙液體漿料填充管板的外層。3）應加強管道質(zhì)量，防止支氣管，確保隧道橫斷面無嚴重滲漏。

結(jié)束語

在施工階段和隧道工程使用前階段，往往存在漏水、霧漏、滲泥等設(shè)計風險，一方面影響隧道工程質(zhì)量，另一方面，觸及以后正常使用隧道。目前隧道施工中使用的總機避免了以往隧道施工中的缺陷，但該方法在施工階段存在諸多風險源，因此應特別注意所有環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，特別是控制護罩尾部防水密封和護罩尾部密封脂肪。

參考文獻：

[1]嚴振林，郭京波.盾尾密封油脂性能評價方法研究[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2018（04）.

[2]李勝新，劉廣仁，張平.盾構(gòu)法隧道掘進中盾尾密封涌水涌砂防治技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2018（02）.

[3]杜建華，彭彥彬，杜立峰，屈彥玲.盾構(gòu)掘進施工中盾構(gòu)機盾尾密封更換關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道建筑，2018（03）