深埋盾構(gòu)機(jī)施工盾尾漏水治理方法的探討

深埋盾構(gòu)機(jī)施工盾尾漏水治理方法的探討【摘要】結(jié)合天津地鐵金獅橋站天津站區(qū)間隧道盾構(gòu)施工工程，分析了盾構(gòu)施工過程中盾尾失效引起漏水漏砂的原因，并提出了有針對性的應(yīng)對措施，確保了盾構(gòu)施工的安全進(jìn)行，有一定的盾構(gòu)施工借鑒價值?！娟P(guān)鍵詞】承壓水層；盾尾失效；原因分析；應(yīng)對措施0引言盾構(gòu)在深層地下掘進(jìn)施工中，盾尾密封很關(guān)鍵，從本施工案例來講，盾尾密封失效風(fēng)險，發(fā)生的概率較低，但一旦發(fā)生，處理不及時可能造成較為嚴(yán)重的后果，出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象，嚴(yán)重的話，引起地面塌陷，危及周邊環(huán)境，造成巨大損失。本文將結(jié)合天津地鐵天津站金獅橋站的隧道施工情況，簡要介紹有效應(yīng)對盾尾密封失效治理方案，以期對今后隧道工程施工提供參考借鑒。1工程概況天津站金獅橋站區(qū)間為單線單洞圓形區(qū)間隧道，線路全長1211496M，最大縱坡為30，隧道最大埋深為225M。盾構(gòu)機(jī)從金獅橋站始發(fā)，下穿獅子林大街、北岸華庭小區(qū)、勝利路、德豐花園小區(qū)、萬春花園小區(qū)、河?xùn)|區(qū)危改廣場、華龍道、老龍頭菜市場等，最終到達(dá)天津站接收。盾構(gòu)機(jī)選用的是日本川崎土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)形式為準(zhǔn)55M，厚度035M，環(huán)寬12M。每環(huán)管片共分6片3個標(biāo)準(zhǔn)塊、2個鄰接塊、1個封頂塊。2地質(zhì)、水文情況盾構(gòu)機(jī)穿越地層為全斷面4粉砂層，為微承壓水層，水土壓力為02MPA。3現(xiàn)場漏水情況右線盾構(gòu)在推進(jìn)772環(huán)（共計(jì)1009環(huán)）時，在盾尾左側(cè)7點(diǎn)鐘位置（按時鐘點(diǎn)位置）出現(xiàn)漏水情況，現(xiàn)場采取注漿等措施封住后暫時停機(jī)。兩天后恢復(fù)掘進(jìn)，開始推進(jìn)773環(huán)，盾尾左側(cè)7點(diǎn)鐘位置再次出現(xiàn)漏水、漏砂現(xiàn)象，采取同步注漿及二次雙液注漿控制住漏水、漏砂。研究處理方案，五天后在采取加注盾尾油脂措施后，試推進(jìn)約5CM，盾尾左側(cè)7點(diǎn)位置再次出現(xiàn)漏水、漏砂。三次盾尾漏水事故中水壓都較大，約為02MPA，且水中含砂量較多，共計(jì)漏水50方，漏砂30方。該位置盾構(gòu)埋深為256M，地面上有2層鋼棚架結(jié)構(gòu)的菜市場，菜市場結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)，整體受力較差。盾構(gòu)機(jī)下穿該建筑物，推進(jìn)影響范圍為758環(huán)刀盤切口進(jìn)入菜市場至824環(huán)（盾尾脫出菜市場），總計(jì)66環(huán)，穿越長度792米。盾尾出現(xiàn)漏水事故后菜市場的沉降較明顯，其中最大的一點(diǎn)累計(jì)沉降已達(dá)2127MM，接近報警值24MM，墻體出現(xiàn)明顯裂縫。4盾尾漏水原因分析引起盾尾泄漏的原因有很多，根據(jù)現(xiàn)場情況分析，有以下幾種原因41盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)欠佳盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時總會偏離設(shè)計(jì)軸線，必須不斷的采取糾偏措施，讓盾構(gòu)掘進(jìn)軸線回到正確的設(shè)計(jì)軸線上來，切記出現(xiàn)偏差就猛糾猛調(diào)，一般前進(jìn)1M糾偏量為5MM,猛糾猛調(diào)容易造成隧道出現(xiàn)蛇形擺動,還有可能造成盾尾間隙不均，間隙大的一邊容易漏漿。實(shí)際盾構(gòu)推進(jìn)過程中由于盾構(gòu)糾偏過猛，再加上管片拼裝不好的原因，造成了盾尾與管片之間的間隙不均勻，經(jīng)實(shí)測，773環(huán)管片與盾尾上部間隙為16MM，下部為91MM，左邊為22MM，右邊為20MM，管片呈橢圓形。42盾尾油脂量和壓力不足在盾構(gòu)推進(jìn)過程中,盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進(jìn)速度成正比關(guān)系,如推進(jìn)速度過快而注入盾尾的油脂量和注入壓力不足，難以滿足其消耗量要求，則會減弱密封效果，形成盾尾漏漿。該盾構(gòu)機(jī)前期推進(jìn)過程中有一根盾尾油脂泵管路堵塞，造成密封刷內(nèi)油脂壓力過低和密封油脂壓入量不足。43盾尾密封局部損壞盾構(gòu)機(jī)盾尾密封是盾構(gòu)機(jī)用于防止地下泥水、土砂和注漿漿液從盾尾侵入盾構(gòu)機(jī)的重要部分，由盾尾鋼絲刷和盾尾油脂組成，盾尾鋼絲刷在盾尾殼內(nèi)共布置三道（見圖1），隨著盾構(gòu)推進(jìn)，盾尾油脂持續(xù)地打進(jìn)三道盾尾鋼絲刷和管片外周邊所形成的兩個腔內(nèi)，始終保持管片外周邊與盾殼之間的間隙密封良好。金獅橋天津站區(qū)間盾構(gòu)施工中，一方面由于盾尾密封性能不好，使部分漿液（水泥砂漿）流入密封刷內(nèi)部及空腔內(nèi)，漿液凝固變形，在盾構(gòu)推進(jìn)時與管片外周不斷的發(fā)生摩擦，使得密封鋼絲刷折斷損壞；另一方面油脂注入量不足，使盾尾密封與管片之間形成空隙，密封失效，形成漏水通道。5具體解決方案由于本段隧道埋深大、位于微承壓水層中，且盾構(gòu)下穿建筑物，若采取更換盾尾刷方式風(fēng)險很大，無法確保成功，經(jīng)充分分析論證，決定采取封堵后繼續(xù)掘進(jìn)的方式，采取措施如下51封堵地下水511對已拼裝完管片處的堵水措施在脫出盾尾后4環(huán)位置進(jìn)行二次注漿（5環(huán)內(nèi)注雙液漿，容易損壞盾尾刷），漿液為雙液漿，形成后部封閉止水墻。雙液漿漿液配比為水泥漿（水灰比為11）、水玻璃（35波美度），水泥漿水玻璃3121；注漿壓力不大于05MPA。防止壓力過大雙液漿進(jìn)入盾尾刷對其造成進(jìn)一步破壞。在脫出盾尾后第3環(huán)注入上海隧道公司生產(chǎn)的油容性聚氨酯（發(fā)泡效率大，密封效果好）封堵，采取整環(huán)不少于2點(diǎn)位注入，注入量為300KG。512增加“密封腔”措施（對應(yīng)下圖2）盾構(gòu)姿態(tài)控制欠佳，盾殼與管片間間隙不均，下半部位間隙過大，采取措施是管片拼裝前在39點(diǎn)鐘（時鐘平面）之間的管片下部墊兩道海綿條，規(guī)格為4040200CM或2525200CM，依據(jù)盾尾間隙大小選用。管片拼裝完畢后，在管片下部的5點(diǎn)和7點(diǎn)兩個吊裝孔內(nèi)注入盾尾油脂填滿腔體，浸滿油脂的海綿條起到很好的堵水作用。油脂注入量不少于160L，油脂泵出口壓力為115MPA。這樣就又形成了一個密封腔，起到了加強(qiáng)盾尾密封的效果。513封閉管片與盾構(gòu)機(jī)殼體內(nèi)壁之間的空隙在盾尾內(nèi)部已拼裝完成的管片間隙部位敷設(shè)高壓膠管，同時用鋼板將管片與盾構(gòu)殼體內(nèi)壁縫隙封閉支檔。為了方便施工，將鋼板用螺栓緊固在推進(jìn)千斤頂上，川崎盾構(gòu)機(jī)共20根千斤頂，每根千斤頂上都緊固一塊，鋼板塊與塊之間連接緊密，20塊正好連成一個密閉的圓，起堵水作用。514原有盾尾密封系統(tǒng)在已拼裝管片下部兩吊裝孔注入盾尾油脂填滿空隙，選用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口高密度微膨盾尾密封油脂，注入量不少于160L，出口控制壓力2545MPA；盾尾密封刷內(nèi)油脂注入壓力控制在56MPA，每環(huán)注入量不少于50L。52盾尾鋼絲刷修復(fù)（對應(yīng)上圖1）盾構(gòu)施工過程中，盾尾鋼絲刷部分折斷磨損，密封不嚴(yán)，形成漏水通道，為解決這一問題，我們在管片與盾殼間隙較大部位填塞浸滿油脂的鋼絲球，在管片脫出盾尾時，鋼絲球掛在盾尾鋼絲刷上，有效地彌補(bǔ)了鋼絲刷的空隙，具體做法是在盾尾47點(diǎn)位置填塞100200個鋼絲球，修復(fù)效果非常理想。53盾尾油脂質(zhì)量控制盾尾油脂須達(dá)到一定的黏度，同時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內(nèi)，使盾尾尾刷產(chǎn)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，在盾尾尾刷頂部產(chǎn)生空隙。經(jīng)過分析比較決定選用上海茨夫生產(chǎn)的魯伯茨1000型。54軸線控制及管片拼裝嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，推進(jìn)速度控制在1020MM/MIN左右，土壓控制在260KPA。盡量避免糾偏過急現(xiàn)象；本環(huán)推進(jìn)完成后，拼裝一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)調(diào)整管片姿態(tài)，以減少下部間隙；嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量，及時螺栓復(fù)緊，減少管片失圓量；55管片背后注漿控制推進(jìn)時同步注漿采用單漿液，注漿量控制在55方，壓力控制在05MPA之內(nèi)；同時要求漿液稠度為911，初凝時間不大于6小時，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)比選最終確定配比參數(shù)如下56加強(qiáng)監(jiān)測加強(qiáng)地面及建筑物沉降監(jiān)測（每天不少于4次），對盾構(gòu)及隧道管片變化觀測每天2次，及時有效地掌控施工信息。6推進(jìn)效果評估采取上述措施后，右線盾構(gòu)從773環(huán)起推至1009環(huán)，共推進(jìn)236環(huán)，未再發(fā)生漏水漏沙事件，已順利接收。上述措施一方面避免了深埋盾構(gòu)在微承壓水層軟弱地質(zhì)地段，更換盾尾刷失敗的較大風(fēng)險，另一方面節(jié)約了時間，提高了工作效率。7結(jié)語金獅橋站天津站右線隧道盾構(gòu)穿越建筑物時