泥水平衡盾構(gòu)機(jī)盾尾滲漏原因分析及預(yù)防措施摘要:在地鐵隧道盾構(gòu)法施工中,若地下水、泥漿、注入管片后的雙液漿、盾尾油脂等通過盾尾與其內(nèi)安裝的管片之間的縫隙滲入盾構(gòu)機(jī)體內(nèi),就會(huì)給盾構(gòu)掘進(jìn)施工帶來不便,文中根據(jù)施工實(shí)踐分析其原因及預(yù)防方法。關(guān)鍵詞:泥水盾構(gòu);盾尾滲漏;地鐵;施工1概述 廣州市軌道交通三號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間隧道工程,采用2臺(tái)泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工,其基本原理是通過支撐環(huán)前面裝置隔板的泥水艙中注入適當(dāng)壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜,支承正面土體,并由安裝在正面的大刀盤切削土體表層泥膜,與泥水混合后,形成高密度泥漿,然后由泥漿泵及管道把泥漿輸送到地面處理。在泥水艙內(nèi)和掌子面間建立泥水平衡是泥水盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的根本要求,另外由于盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,采用管片背填雙液同步注漿方式來填充管片與圍巖的間隙,從而達(dá)到減小地層沉降,限制管片位移和變形,提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,加強(qiáng)隧道防水性能的目的。 因此,若盾尾發(fā)生滲漏,就會(huì)破壞泥水平衡和注漿質(zhì)量,并污染盾構(gòu)管片安裝的工作面,給管片安裝造成不便,嚴(yán)重影響盾構(gòu)的正常掘進(jìn)。本工程盾構(gòu)區(qū)間左右線掘進(jìn)中就曾多次發(fā)生滲漏、竄漿現(xiàn)象,嚴(yán)重影響到施工進(jìn)度,經(jīng)仔細(xì)認(rèn)真的分析和查找原因,制定切實(shí)可行的辦法,有效解決和預(yù)防盾尾滲漏問題,保證了工程的順利進(jìn)行。2盾尾滲漏原因分析及預(yù)防措施2.1管片組裝 ⑴管片變形：管片拼裝后要求形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓,管片之間采用錯(cuò)縫拼裝,但由于操作不熟練而往往拼裝成橢圓形,實(shí)際施工中由于自重等因素影響,橫向橢圓較為多見,這就增大了管片之間止水條外緣縱縫的寬度(理論設(shè)計(jì)值為6mm),實(shí)際在管片拼裝過程中將出現(xiàn)兩腰的管環(huán)之間的外緣縱縫開口度d>6mm,上下部縱縫d<6mm。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)至1.4m左右時(shí),尾刷末端正好到達(dá)上一環(huán)管片,此時(shí)尾刷就正處在該環(huán)管片上,由于注漿壓力和泥水壓力都較大,而縱縫開口度d>6mm,縱縫處的油脂無法承受漿液和泥水的壓力,就形成一個(gè)滲漏通道,造成盾尾滲漏。盾尾與橢圓管片的關(guān)系如圖1a所示。 ⑵管片錯(cuò)臺(tái)：由于管片拼裝操作不熟練,造成管片錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重,特別是在縱縫錯(cuò)臺(tái)產(chǎn)生后,使得盾尾刷無法緊密包裹整環(huán)管片,很易形成滲水通道,雖然盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)盾尾倉(cāng)內(nèi)有盾尾油脂填充縱縫,但在較高的注漿壓力和泥水壓力等作用下,極有可能將油脂沖脫而擊穿盾尾刷,造成管片滲漏。盾尾與縱縫錯(cuò)臺(tái)的管片關(guān)系如圖1b所示。
⑶管片碎裂：在軸心線未產(chǎn)生較大偏差的狀態(tài)下,組裝工藝不合理或野蠻施工,K塊管片安裝時(shí)沒有足夠的空間,采用盾構(gòu)千斤頂強(qiáng)行頂進(jìn),造成相鄰管片外壁處(尤其螺栓孔、角根部)在千斤頂高壓狀態(tài)下頂裂或破碎,而帶進(jìn)盾尾艙,損壞盾尾刷,形成滲水通道而造成漏漿。 ⑷防治措施 ①加強(qiáng)拼裝施工培訓(xùn),提高拼裝人員的技術(shù)水平,要求管片不拼成橢圓形,且一環(huán)管片安裝后必須使用整圓器進(jìn)行整圓,以減少橢圓和縱縫、環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。 ②在每次管片安裝前,應(yīng)清除盾體內(nèi)的渣土,避免安裝管片時(shí)難以對(duì)位,造成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。 ③封頂K塊拼裝前,必須調(diào)整好開口尺寸,使封頂塊能順利插入到位。 ④管片構(gòu)造可減小管環(huán)縱縫沿止水條外緣的構(gòu)造縫寬度和高度(原設(shè)計(jì)分別為33.2mm和6mm),建議高度<20mm,以減少滲漏水力通道。2.2背填注漿 盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中,由于操作人員技術(shù)不熟練或雙液漿配比不合理,使?jié){液凝固時(shí)間過短,造成漿液不能充分填充管片后空隙,而是堆積在注漿口附近,造成注漿通道受限制,后續(xù)漿液壓力(一般控制在切口壓力+(0.6~1.0)kg)必然劇增,當(dāng)漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時(shí),就會(huì)擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成竄漿。因此在施工中必須嚴(yán)格控制雙液漿的配比,經(jīng)常進(jìn)行試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)抽檢,確保其凝固時(shí)間為12～14s,另在注漿壓力劇增時(shí)應(yīng)立即停止注漿,查明原因或者更換孔位后再進(jìn)行注漿。2.3泥水壓力過大 由于在環(huán)流系統(tǒng)操作時(shí)開挖面的泥水壓力設(shè)定值過高,或切削下來的巖塊堵塞排泥管道口或泥水艙,都有可能導(dǎo)致泥水艙內(nèi)泥水壓力過高,超過盾尾刷的抗壓能力,瞬間擊穿盾尾刷而造成漏漿。 在泥水加壓式盾構(gòu)工法中,切口水壓設(shè)定通常應(yīng)與作用在開挖面上的土壓保持平衡,水壓與開挖面上含水土體垂直作用的重力和土的內(nèi)摩擦角有關(guān)。設(shè)P0為土壓(含水壓),即自然狀態(tài)下盾構(gòu)機(jī)頭部2/3高度處的壓力,則切口水壓=P0+(0.01~0.02)MPa。動(dòng)工前應(yīng)在隧道線路上的多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行土質(zhì)和地下水調(diào)查,決定每個(gè)地點(diǎn)的設(shè)定切口水壓。在管道發(fā)生堵塞時(shí),若開挖面水壓高于上限值則應(yīng)立即暫停掘進(jìn),通過旁路調(diào)節(jié)使壓力從逸流閥卸掉,開挖面水壓恢復(fù)正常后逸流閥自動(dòng)關(guān)閉,再把泥水送進(jìn)土倉(cāng)進(jìn)行逆洗清通管路,或通過檢查判斷具體堵塞位置后人工清除巖塊。2.4盾尾油脂量和壓力不足 在盾構(gòu)掘進(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,速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時(shí)間內(nèi)不能滿足其消耗量,若不及時(shí)調(diào)整油脂泵注脂率,則盾尾刷內(nèi)的油脂量和注入油脂的壓力不能及時(shí)密封盾尾,勢(shì)必造成尾刷的密封效果減弱,形成盾尾滲漏。 在地鐵三號(hào)線盾構(gòu)施工中,我們有針對(duì)性地采取了以下措施:①采用法國(guó)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)盾尾油脂,可耐負(fù)壓5kg/cm2;②采用正確方法補(bǔ)充油脂,并合理保養(yǎng)維護(hù),按理論計(jì)算正常補(bǔ)油脂單孔約為36s,每隔5R補(bǔ)充一次。但考慮到管片外壁質(zhì)量,管片姿態(tài)和組裝質(zhì)量等問題,一般在2R~3R要補(bǔ)充一次,但發(fā)生漏漿后必須進(jìn)行漏漿處局部打油脂,如背填漿液漏漿,則最好進(jìn)行局部清洗;③當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重滲漏或竄漿現(xiàn)象時(shí),采用盾尾全艙處理法,以確保油脂艙內(nèi)有足夠的量和壓力,并清除盾尾艙內(nèi)的雜物。具體做法是從內(nèi)圈開始,也就是千斤頂推至1505mm處,從上往下在內(nèi)圈單孔打油脂,把相鄰孔逆止閥打開至干凈油脂溢出后停機(jī),再?gòu)囊绯隹滋幚^續(xù)打油后把相鄰孔打開,依次環(huán)向進(jìn)行一周,再將千斤頂推至1877mm處,在外圈進(jìn)行上述操作。2.5盾尾密封損壞 其原因如下:①盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產(chǎn)生塑性變形而失去彈性,密封性能下降,在壓力作用下導(dǎo)致漿液滲漏;②泥水盾構(gòu)停止掘進(jìn)時(shí),土艙內(nèi)有泥水的壓力作用,管片組裝時(shí)很易導(dǎo)致盾尾后退,造成盾尾刷與管片間發(fā)生刷毛方向相反的運(yùn)動(dòng),使刷毛反卷,盾尾刷變形,密封性能下降而造成滲漏。防治措施包括:①嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)的糾偏量,盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致,減輕管片對(duì)盾尾刷的擠壓程度;②控制盾構(gòu)姿態(tài),嚴(yán)格控制管片組裝時(shí)的千斤頂伸縮量,避免盾構(gòu)產(chǎn)生后退;③在條件允許的情況下,可更換第3道即最里面一道盾尾刷,以保證盾尾刷的密封性。3結(jié)束語 泥水盾構(gòu)盾尾滲漏涉及到管片拼裝、切口泥水壓力、盾尾注漿壓力、盾尾油脂等多種因素,因此施工中必須在認(rèn)真分析原因后采取切實(shí)可行的措施,慎重對(duì)待,以確保工程施工的進(jìn)度與質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M][2]朱偉譯.隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(盾構(gòu)篇)及解說[M][3]項(xiàng)兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構(gòu)技術(shù)[M]
⑶管片碎裂：在軸心線未產(chǎn)生較大偏差的狀態(tài)下,組裝工藝不合理或野蠻施工,K塊管片安裝時(shí)沒有足夠的空間,采用盾構(gòu)千斤頂強(qiáng)行頂進(jìn),造成相鄰管片外壁處(尤其螺栓孔、角根部)在千斤頂高壓狀態(tài)下頂裂或破碎,而帶進(jìn)盾尾艙,損壞盾尾刷,形成滲水通道而造成漏漿。 ⑷防治措施 ①加強(qiáng)拼裝施工培訓(xùn),提高拼裝人員的技術(shù)水平,要求管片不拼成橢圓形,且一環(huán)管片安裝后必須使用整圓器進(jìn)行整圓,以減少橢圓和縱縫、環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。 ②在每次管片安裝前,應(yīng)清除盾體內(nèi)的渣土,避免安裝管片時(shí)難以對(duì)位,造成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。 ③封頂K塊拼裝前,必須調(diào)整好開口尺寸,使封頂塊能順利插入到位。 ④管片構(gòu)造可減小管環(huán)縱縫沿止水條外緣的構(gòu)造縫寬度和高度(原設(shè)計(jì)分別為33.2mm和6mm),建議高度<20mm,以減少滲漏水力通道。2.2背填注漿 盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中,由于操作人員技術(shù)不熟練或雙液漿配比不合理,使?jié){液凝固時(shí)間過短,造成漿液不能充分填充管片后空隙,而是堆積在注漿口附近,造成注漿通道受限制,后續(xù)漿液壓力(一般控制在切口壓力+(0.6~1.0)kg)必然劇增,當(dāng)漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時(shí),就會(huì)擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成竄漿。因此在施工中必須嚴(yán)格控制雙液漿的配比,經(jīng)常進(jìn)行試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)抽檢,確保其凝固時(shí)間為12～14s,另在注漿壓力劇增時(shí)應(yīng)立即停止注漿,查明原因或者更換孔位后再進(jìn)行注漿。2.3泥水壓力過大 由于在環(huán)流系統(tǒng)操作時(shí)開挖面的泥水壓力設(shè)定值過高,或切削下來的巖塊堵塞排泥管道口或泥水艙,都有可能導(dǎo)致泥水艙內(nèi)泥水壓力過高,超過盾尾刷的抗壓能力,瞬間擊穿盾尾刷而造成漏漿。 在泥水加壓式盾構(gòu)工法中,切口水壓設(shè)定通常應(yīng)與作用在開挖面上的土壓保持平衡,水壓與開挖面上含水土體垂直作用的重力和土的內(nèi)摩擦角有關(guān)。設(shè)P0為土壓(含水壓),即自然狀態(tài)下盾構(gòu)機(jī)頭部2/3高度處的壓力,則切口水壓=P0+(0.01~0.02)MPa。動(dòng)工前應(yīng)在隧道線路上的多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行土質(zhì)和地下水調(diào)查,決定每個(gè)地點(diǎn)的設(shè)定切口水壓。在管道發(fā)生堵塞時(shí),若開挖面水壓高于上限值則應(yīng)立即暫停掘進(jìn),通過旁路調(diào)節(jié)使壓力從逸流閥卸掉,開挖面水壓恢復(fù)正常后逸流閥自動(dòng)關(guān)閉,再把泥水送進(jìn)土倉(cāng)進(jìn)行逆洗清通管路,或通過檢查判斷具體堵塞位置后人工清除巖塊。2.4盾尾油脂量和壓力不足 在盾構(gòu)掘進(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,速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時(shí)間內(nèi)不能滿足其消耗量,若不及時(shí)調(diào)整油脂泵注脂率,則盾尾刷內(nèi)的油脂量和注入油脂的壓力不能及時(shí)密封盾尾,勢(shì)必造成尾刷的密封效果減弱,形成盾尾滲漏。 在地鐵三號(hào)線盾構(gòu)施工中,我們有針對(duì)性地采取了以下措施:①采用法國(guó)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)盾尾油脂,可耐負(fù)壓5kg/cm2;②采用正確方法補(bǔ)充油脂,并合理保養(yǎng)維護(hù),按理論計(jì)算正常補(bǔ)油脂單孔約為36s,每隔5R補(bǔ)充一次。但考慮到管片外壁質(zhì)量,管片姿態(tài)和組裝質(zhì)量等問題,一般在2R~3R要補(bǔ)充一次,但發(fā)生漏漿后必須進(jìn)行漏漿處局部打油脂,如背填漿液漏漿,則最好進(jìn)行局部清洗;③當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重滲漏或竄漿現(xiàn)象時(shí),采用盾尾全艙處理法,以確保油脂艙內(nèi)有足夠的量和壓力,并清除盾尾艙內(nèi)的雜物。具體做法是從內(nèi)圈開始,也就是千斤頂推至1505mm處,從上往下在內(nèi)圈單孔打油脂,把相鄰孔逆止閥打開至干凈油脂溢出后停機(jī),再?gòu)囊绯隹滋幚^續(xù)打油后把相鄰孔打開,依次環(huán)向進(jìn)行一周,再將千斤頂推至1877mm處,在外圈進(jìn)行上述操作。2.5盾尾密封損壞 其原因如下:①盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產(chǎn)生塑性變形而失去彈性,密封性能下降,在壓力作用下導(dǎo)致漿液滲漏;②泥水盾構(gòu)停止掘進(jìn)時(shí),土艙內(nèi)有泥水的壓力作用,管片組裝時(shí)很易導(dǎo)致盾尾后退,造成盾尾刷與管片間發(fā)生刷毛方向相反的運(yùn)動(dòng),使刷毛反卷,盾尾刷變形,密封性能下降而造成滲漏。防治措施包括:①嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)的糾偏量,盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致,減輕管片對(duì)盾尾刷的擠壓程度;②控制盾構(gòu)姿態(tài),嚴(yán)格控制管片組裝時(shí)的千斤頂伸縮量,避免盾構(gòu)產(chǎn)生后退;③在條件允許的情況下,可更換第3道即最里面一道盾尾刷,以保證盾尾刷的密封性。3結(jié)束語 泥水盾構(gòu)盾尾滲漏涉及到管片拼裝、切口泥水壓力、盾尾注漿壓力、盾尾油脂等多種因素,因此施工中必須在認(rèn)真分析原因后采取切實(shí)可行的措施,慎重對(duì)待,以確保工程施工的進(jìn)度與質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M][2]朱偉譯.隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(盾構(gòu)篇)及解說[M][3]項(xiàng)兆池,樓如岳,傅德明.最新泥水盾構(gòu)技術(shù)[M]
