成都富水砂卵地层中盾尾漏水漏浆的控制及处理措施

    程鹏飞 李嘉骏

    摘?要：主要针对富水砂卵地层中盾尾漏水漏浆的控制进行研究和应急处理措施方案的设计。主要研究了盾尾漏水漏浆的原因及出现漏水漏浆后的应急处理措施。

    关键词：盾尾油脂，盾构机，盾尾刷，同步注浆，管片错台，盾尾油脂泵

    文章编号：2095-4085（2020）02-0103-02

    随着“一带一路”和我国轨道交通的不断发展，盾构技术也在不断提高，施工难点逐渐增加，对安全施工提出了更高的要求，为了在富水砂卵地层中的沉降控制及施工安全，为了提高我国盾尾油脂的性能，为了能选择更适合的盾尾刷，为了提高工程质量，保障施工进度，降低生产成本。本文重点针对在富水砂卵地层中出现漏水漏浆的原因分析及发生漏水漏浆的处理措施进行了阐述及分享。

    1?绪论

    成都轨道交通17号线TJ09标盾构区间全长约2220m（1480环），主要穿越密实砂卵石，地层自稳性差，透水性强，地下水十分丰富，区间隧道盾构施工时，开挖面容易产生涌水，卵石中细颗粒物质大量快速流失，引起开挖面失稳和地面沉降，变形。

    盾构机始发及掘进正常，到620环发现盾尾有漏浆现象，到800环漏浆开始严重。此时的注浆压力0.33MPa～0.56MPa，注浆量10m3～11m3，管片外径8.3m，环宽1.5m。

    2?引起盾尾漏浆的原因分析

    2.1?掘进阶段

    （1）掘进速度与盾尾油脂的注入速度?在盾构掘进过程中，盾尾刷与管片的摩擦消耗的油脂与掘进速度成正比，推进速度过快则注入盾尾的油脂在单位时間内不能满足其消耗量，若不及时调整油脂泵注脂速率，则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不够及时密封盾尾，势必造成密封效果减弱，形成盾尾漏浆。

    本标段的地层属于砂卵地层，由于地层自稳性差，掘进时要求迅速通过，一般掘进速度在60mm/min～70mm/min，环宽1.5m的管片，一般掘进时间为22～23min，所以要求在掘进时间能注入足量的盾尾油脂。所以要求盾尾油脂的泵送性要好，能及时补充摩擦消耗的油脂。

    （2）盾尾油脂和尾刷形成的压力阶梯?盾尾密封系统的工作原理是由盾尾油脂和盾尾刷共同形成的密封体的压力大于盾尾浆液的压力，形成压力阶梯，起到止水止浆的作用。如果压力低于或者等于浆液压力，浆液就会渗入到尾刷中，长时间会凝固结块，或者形成通道，导致盾尾无法建立压力阶梯。当油脂的注入量不足时也会导致浆液渗透到尾刷中，影响盾尾压力阶梯的建立，长时间会造成尾刷的损失，后果不堪设想。

    （3）盾构机的姿态及盾尾间隙的控制?盾构机的姿态直接影响着盾尾间隙，虽然在拼装管片时从选点的角度等方式尽量控制盾尾间隙，但是盾构机在掘进时，由于姿态不好，需要调整纠偏时也容易造成尾刷的损伤。盾构机的姿态调整时纠偏量不能太大，一般1m纠偏量为5mm，纠偏过量容易使盾构机出现“蛇形”前进现象，致使盾尾间隙一边大一边小，间隙大的一边容易漏浆。盾尾间隙一般不小于55mm。如果小于55mm（理论值是70mm）容易挤坏盾尾刷，造成尾刷钢丝及弹簧钢板超过其弹性变形，止浆失效而漏浆。

    （4）管片错台?由于拼装手对管片拼装不熟练或者管片脱出盾尾后上浮，造成管片错台严重，当管片在纵缝错台产生后，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。虽然盾构掘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。当管片横缝错台产生后，盾构机在掘进时，尾刷在经过错台位置时由于错台高低不平，会造成盾尾油脂的大量损耗或者尾刷无法紧密包裹管片，需要大量油脂弥补空隙，即使在同步注入油脂也难免造成盾尾空隙，浆液很容易渗透尾刷，压力大时可能会击穿盾尾，导致漏水漏浆。

    （5）注浆压力的控制?注浆压力不能超过盾尾刷的最大承载压力，在选择尾刷的时候要计算好盾尾刷的承载压力不能低于盾尾水压，浆液的压力（一般每道尾刷的承载压力为0.2MPa）。在PLC程序上设定注浆最大压力时要根据地层的水土压力计算来确定注浆压力。一般高于水土压力0.5MPa注浆压力过小，浆注不进去，注浆压力过大，会击穿盾尾密封而漏浆。

    （6）拼装前要清理盾尾?每环掘进结束后，在拼装管片前一定要把盾尾清理干净，否则盾构机在掘进时盾尾的异物容易进入到盾尾工作面中，损伤尾刷，而且尾刷不能紧密的与管片接触，容易造成漏浆。

    2.2?设备检修阶段

    油脂泵需要定期进行检修，尤其是密封圈和单向阀需确保掘进时运行正常。在掘进中出现油脂泵故障时，需要停机检修，否则容易出现盾尾油脂量不足的情况，如果特殊情况不能停机，需要加大其他两台油脂泵的注入量，保证盾尾油脂量充足，浆液不会渗透到尾刷中。

    3?本标段的漏浆原因及解决方法

    3.1?本标段的漏浆原因

    根据以上漏浆的各种原因分析，本标段最终盾尾漏浆的原因是盾构机姿态控制不好，导致盾尾间隙大小不一，导致漏浆。

    盾尾刷的自身弹性不足，在压缩后不能快速弹回紧密压紧在管片外表面上。

    之前选用的盾尾油脂泵送性不足，掘进时泵入的盾尾油脂量不足消耗量，盾尾严重亏损油脂，导致浆液倒灌盾尾刷中，长时间形成通道，甚至部分区域的尾刷已被浆液凝固，无弹性。

    盾尾拼装管片前清理不干净，有异物进入盾尾，损伤尾刷。

    3.2?盾尾漏浆的应急措施

    3.2.1?盾尾漏浆的处理措施

    掘进过程若盾尾出现泥浆、砂浆或清水渗漏，则主司机立即停止掘进，停止注浆，采用手动注脂的方法进行处理，此位置和相邻位置增加油脂注入量，直至完全密封住。渗漏停止后继续推进，并掘进班安排专人在盾尾处观察，操作手时刻关注泄漏处的注脂压力变化，注浆压力，注浆量的变化，和前后人员随时保持联系。

    3.2.2?盾尾大量漏浆的处理措施

    ①手动注脂?立即停止掘进，停止注浆，将油脂泵泵送速度调大，停机打开气动阀进行手动注脂，针对泄露位置和相邻位置增加油脂注入量，直至完全密封住。

    ②洞内排水?在隧道最底部安装泥浆泵向泥浆管内进行抽水，为抢险争取时间。

    ③快速掘进拼装管片?若手动注脂无法解决盾尾泄露问题，则加快掘进速度，快速完成本环掘进，拼装管片。

    ④管片壁后封堵?在管片安装机上储备两带棉纱，盾尾泄露发生后，用钢钎将棉纱塞入泄露位置管片与盾尾刷连接处。

    ⑤钻孔压注速凝浆?在盾构机上准备高压针头灌浆机，盾尾发生大量泄露時，立即在盾尾刷后部钻孔，注速凝浆，直至将泄露完全密封住。

    ⑥二次注浆?在盾构机上准备二次注浆泵，就近打开倒数第二环二次注浆孔，安装注浆接头，球阀，用手动注浆设备压注堵漏材料，在管片壁后形成密封。

    3.2.3?管片接缝处出现泥浆、砂浆或清水渗漏处理措施

    管片接缝处出现泥浆、砂浆或清水渗漏处理措施，掘进过程中若盾尾内管片接缝处出现泥浆、砂浆或清水渗漏，立即停止掘进采用手动注脂进行封堵，此位置和相邻位置增加油脂注入量，若泄漏较大，则调大油脂注入量，直至完全密封住。若渗漏不能堵住则及时通知隧道堵漏队伍对管片渗漏处注聚氨酯进行封堵，处理完毕后，由土木及机械总工视封堵情况决定是否恢复掘进。

    3.2.4?盾尾刷异常磨损或管片外弧面破损出现大量泄漏的处理措施

    盾尾刷异常磨损或管片外弧面破损出现大量泄漏。此位置和相邻位置增加油脂注入量，采用手动注脂。在管片背面增加厚橡胶板或棉纤维制品。

    3.2.5?漏浆失控洞外排浆措施

    漏浆失控洞外排浆。若盾尾漏浆比较大，而且效果不好或不能封堵，在拖车或在隧道最底部安装的一台泥浆泵向泥浆管内进行抽水。

    4?结?论

    盾构机盾尾漏水漏浆会影响整个盾构掘进及安全，所以在前期选择盾尾油脂要选择泵送性好，保压性好的盾尾油脂，在选择尾刷时，要选择弹性好，计算出承载压力能达到使用要求的尾刷。在出现盾尾漏浆的情况时一定要分析出漏浆的原因，才能有针对性的制定解决方案。注浆手应该先培训后上岗。这样才能降低风险，确保施工安全。

    参考文献：

    [1]周兆勇，龚学栋.富水砂层盾尾密封修复技术[J].隧道建设，2013，（11）.

    [2]江旭.盾构盾尾刷保护及盾尾漏浆防止措施[J].建筑机械化，2016，（04）.