土壓平衡盾構盾尾漏漿不換刷對策

張 人 志

(中交隧道工程局有限公司，北京 100069)

土壓平衡盾構盾尾漏漿不換刷對策

張 人 志

(中交隧道工程局有限公司，北京 100069)

通過對某項工程施工現場實際情況的分析，論述了土壓平衡盾構機盾尾漏漿的原因，并提出了墊海綿條、加大油脂注入量、控制注漿流量等解決措施，以確保盾構不換尾刷順利穿越多個一級風險源和平安出洞，為盾尾漏漿情況下順利掘進找到了一種新的思路。

土壓平衡盾構，無水砂卵石地層，漏漿，不換刷

0 引言

近年來隨著國內軌道交通建設的大力發展，盾構機被廣泛應用于在建地鐵隧道施工中，盾構推進過程中常因各種原因導致盾尾漏漿，如何針對性的解決，此項工作的相關研究和探討[1-10]開展了多年，但大多聚焦在換盾尾刷等常規方法上。本文對在建北京地鐵施工某標段土壓平衡盾構漏漿嚴重、工期緊情況下，如何確保在不換盾尾刷情況下順利下穿河道、φ1 750 mm污水管、2 000×2 300電力管溝、5 000×3 000熱力管溝和老舊平房區等多個一級風險源，通過深入查找和分析盾尾漏漿的原因，采取了墊海綿條、加大油脂注入量、控制注漿流量等針對性措施，確保了盾構施工順利穿越各類風險源和安全出洞，為同類型盾構機盾尾漏漿順利掘進找到了一種新的可行對策思路。

1 工程概況

北京地鐵土建施工某標段隧道結構需穿越單線全長704 m的全斷面無水砂卵石地層。該區間結構主要穿越⑤層卵石、圓礫(中密～密實，N62.5=43～100，屬低壓縮性土，卵石最大粒徑10 cm，一般為4 cm～6 cm，亞圓形，級配較好，含中砂約30%)和⑦層卵石、圓礫(密實，濕～飽和，N62.5=50～150，屬低壓縮性土，卵石最大粒徑12 cm，一般為4 cm～6 cm，亞圓形，級配較好，含中砂約30%)。工程擬建場地范圍內地表水為一條現狀河流(四季有水，水深0.6 m～1.0 m)，區間結構主要位于河道南北兩側0 m～50 m范圍之內，其中下穿河道約170 m，該河對場區地下水沒有明顯的滲漏補給現象。而場區潛水水位標高約為17.82 m～19.71 m,與結構底板基本持平，屬于典型的全斷面無水砂卵礫石層。盾構區間隧道外徑6 m，內徑5.4 m，鋼筋混凝土管片寬1.2 m，厚300 mm。整環管片包括6片，為“3+2+1”組合，即每環包括3個標準塊A1,A2,A3，2個鄰接塊B1,B2，1個封頂塊C塊，采用錯縫拼裝形式。施工采用1臺φ6 260 mm日本IHI土壓平衡盾構機，刀盤結構為輻條式，開口率64%。同步注漿漿液采用單液漿形式(水泥砂漿)，漿液初凝時間和結實率分別為6 h和95%。二次注漿采用水泥單液漿和雙液漿組合。

掘進至260環后開始，盾尾漏漿嚴重(見圖1)，同時還表現在：同步注漿壓力顯著降低，為0.09 MPa，注漿量只能達到3.8 m3，情況嚴重時，甚至同步注漿漿液壓力只為0.07 MPa，注漿量只能達到1.9 m3，并且地表沉降監測發現沉降速率(最大12 mm/d)和累計沉降值(2 d累計達到22 mm)連續超標預警，地表沉降超限以及管線破裂風險劇增，施工工效受到嚴重制約和影響。

2 盾尾漏漿原因分析

結合現場實際情況，分析盾尾漏漿可能存在的原因主要有幾個方面：

1)盾尾密封鋼絲刷損壞或本身存在質量缺陷。

本臺IHI輻條式土壓平衡盾構機盾尾密封系統采用3道密封鋼絲刷設計結構(見圖2)。從圖2可知，通過在盾尾密封刷之間的間隙注入盾尾油脂，既可保證同步注漿漿液不會從盾構機與管片之間的間隙漏出，又防止地下水滲漏到盾構機內。但是，一旦盾尾鋼絲刷在推進過程中與管片之間高強度磨耗損壞或者鋼絲刷本身存在制造方面的質量缺陷，就可能導致盾尾漏漿，從而導致同步注漿量跟不上掘進速度，進而導致地表沉陷速率和累計沉降值超標后果。

2)盾構機始發前盾尾刷手抹油脂涂抹不到位或者手抹油脂質量相對不是很好。

盾構始發前，盾尾刷鋼絲每根絲上要涂抹和沾滿手抹型油脂，但實際涂抹過程中存在鋼絲刷內油脂涂抹明顯不到位情況(見圖3)或選用的油脂密封質量相對不好，影響尾刷的密封效果，可能導致漏漿。該盾構選用某國產手抹25 kg小桶油脂，耗用油脂量1 t。該種油脂相對康達特等知名品牌，價格方面更有競爭力一些，但效果差一些。

3)盾構姿態不好，蛇行量較大，來回糾偏，盾尾間隙不好。

盾構推進操作手對土壓平衡盾構在無水砂卵石地層施工缺乏操作經驗，導致操作過程中水平和垂直方向的蛇行量較大，來回進行垂直和水平方向的經常性糾偏，盾構姿態不好，進而導致盾尾與管片之間間隙不好，推進中擠壓損壞管片，導致漏漿。

4)盾構機姿態不好時，強行進行急糾偏。

盾構姿態糾偏本著“勤糾、緩糾”原則進行。盾構姿態超出給定水平或垂直偏差值±50 mm時，比如偏差達到±100 mm，應及時報告業主方和設計進行調線調坡，按照掘進100環左右來進行緩糾，否則，強行急糾偏很可能會給設計調線調坡造成極大困難。

實際盾構掘進多次出現過盾構姿態糾偏過急，造成1次停工調線調坡。同時，還造成管片錯臺和被盾尾擠碎等質量隱患及質量問題，導致盾尾漏漿。

據該盾構機設計圖紙知：盾構殼體直徑6 260 mm、管片外徑6 000 mm、盾構殼體鋼板厚度100 mm，則盾尾間隙為d=(6 260-6 000-2×100)/2=30 mm，當盾構殼體與管片為同心圓時，理想的盾尾間隙應為上下左右間隙均相等，均為30 mm。盾尾間隙值不小于或不大于30 mm，均容易造成漏漿。

5)管片拼裝質量不好，拼完后的管片出現橫、豎方向不規則扁鴨蛋橢圓形。

施工中因操作手操作不熟練或責任心不強，拼裝后的整環管片容易出現各種形狀的橫、豎不規則扁鴨蛋橢圓形，容易導致盾尾間隙不好，進而導致盾尾漏漿的發生。現場管片實際拼裝中，曾經持續發生盾尾上、下間隙最大分別為80 mm，70 mm，左、右間隙只有10 mm，20 mm，管片間隙一邊大一邊小，漏漿非常嚴重等情況(見圖1)，注漿壓力不滿足要求只有0.08 MPa，注漿量只有2.7 m3，遠低于最低5 m3要求。

此外，盾構始發時，未對負環管片采用手拉葫蘆等拉緊裝置拉緊(見圖4)，導致始發時管片拼裝橢圓度太大，致使隧道成形后的后續管片同心度調整困難。

6)注漿壓力過大。

該盾構盾尾密封在加注密封油脂時，可承受0.5 MPa壓力的泥水而不漏漿，要求同步注漿壓力以及二次注漿壓力不能超過該允許壓力值。施工過程中，班前交底給定的掘進指令一般是理論值，實際操作中，比如二次注漿壓力控制，由于雙液漿或水泥單液漿經常堵住了壓力表，壓力表容易壞，實際值可能是油泵的壓力(壓力行程最大到1.6 MPa)，無法反映真實的注漿壓力，導致注漿壓力可能大于盾尾刷加注油脂能承受的0.5 MPa壓力而被擊穿，而導致盾尾漏漿。

尤其是二次注漿，應以壓力控制為主，其注漿壓力范圍一般為0.35 MPa～0.45 MPa，在此設定二次注漿壓力目標值為0.40 MPa。注漿壓力過大，除了很有可能造成地層隆起，堵塞地層中埋設的一些容易滲漏的下水管道，破壞路面以及房屋結構等外，同時也容易造成擊穿盾尾密封刷和管片之間的遇水膨脹止水膠條，造成盾尾漏漿以及成形隧道管片滲漏水。

7)注漿流量過大。

同步注漿流量設置過大，導致盾尾更易漏漿。

8)盾尾注入油脂量和注入壓力不足。

相關文獻記錄資料顯示，在盾構掘進過程中，盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進速度成正比，速度過快則注入盾尾的油脂在單位時間內不能滿足其消耗量，若不及時調整油脂泵注脂率，則盾尾刷內的油脂量和注入油脂的壓力不夠及時密封盾尾，勢必造成密封效果減弱，形成盾尾漏漿。

實際油脂注入過程中，由于油脂泵密封損壞和油脂質量不是很好緣故，油脂注入壓力只有1 MPa～2 MPa，低于正常的3 MPa～5 MPa要求，導致油脂注入壓力和注入量均不滿足要求，導致漏漿發生。

9)注漿位置不合適。

施工過程中盾構機掘進到146環時由于刀盤和刀具磨損嚴重，停機后施作豎井改造刀盤和換刀，在距離盾尾4環位置即開始注雙液漿封堵管片背后空隙，距離過近。實際開挖豎井換刀時，發現同步注漿漿液已經漏到刀盤前面，形成了青色的混凝土塊。換刀完成恢復掘進后不久，盾尾便開始漏漿，只是不很嚴重。

10)管片錯臺。

工人對管片拼裝不熟練，造成管片錯臺嚴重(見圖5)，尤其在縱縫錯臺產生后，盾尾刷無法緊密包裹在整環管片，很容易形成漿液滲漏通道。雖然盾構推進時盾尾油脂倉內有盾尾油脂填充縱縫，但在較高的注漿壓力作用下，極有可能將油脂沖脫而擊穿盾尾刷，造成盾尾漏漿。盾尾與管片縱縫的錯臺關系如圖5所示。

3 解決盾尾漏漿的針對性措施

根據上述盾尾漏漿的原因分析，進行逐項排查和分析，并采取了以下相應的措施：

1)參考相關文獻資料以及成功的案例經驗，在盾尾漏漿較嚴重的相關范圍，提前墊5 cm左右厚的長條形海綿條，進行堵漏處理，盡量減少漏漿。

2)對漏漿較嚴重的盾尾下部區域，加大盾構推進過程中的盾尾油脂的注入量，對油脂注入一律由自動控制改用手動控制。同時確保油脂泵足夠的注入壓力，注意加強油脂泵的日常維保工作，平時備好1套～2套油脂泵密封圈。

3)漏漿較嚴重后，調整參數控制注漿流量，使同步注漿流量控制在90 L/min以內，并采取相應措施，包括：一方面，推進過程前20 cm左右先不注漿，20 cm后再注漿；另一方面，掘進時，安排專人在盾尾值守，一發現漏漿，立即暫停漿液注入，掘進一段距離，再試著注漿，不漏時，再調整注漿量，緩慢注入漿液。為確保各種風險源的順利通過，盾尾后3環左右，同步跟進采用雙液漿封堵，再采用同步注漿管使用同步注漿用的單液漿進行補注漿。此外，臺車后部，跟進二次注漿，確保每環的注漿量基本能滿足要求。并且，加大對風險源通過區域的地表及周邊建(構)筑物的沉降觀測，加強信息溝通，通過反饋的監測數據再來指導后續的施工，必要時，進行多次注漿，直到地層及周邊建(構)筑物沉降數據穩定可控。

4)針對漏漿情況，根據本臺IHI土壓平衡盾構機4路(左上、右下，右上、左下)2泵的注漿管路設計思路，調整管路的注漿設計，變更原來的左上、右下一路，右上、左下一路，改為左上和右上部共一路同時注漿，其他停用，減少漏漿量。

5)對于油脂，按照北京冬季施工要求，提前與供應商溝通采購冬施油脂，并對施工用油脂提前采取升溫和保溫措施(見圖6)，以便油脂泵順利注入盾尾，同時也有利于保護油脂泵，延長其密封圈的壽命。

6)選用技術熟練、責任心強的拼裝手，加強管片左轉彎環、右轉彎環、直線環合理搭配選型，調整盾尾間隙和橢圓度。

7)從施工實踐來看，本地層注漿容易形成管片上浮，因此，在推進過程中，需要人員控制盾構掘進垂直狀態的參數，盡量壓低盾構垂直姿態(包括前、中、后參數)整體位于±20 mm左右，否則，一方面容易超出設計和規范預警值。另一方面，管片脫出盾尾后容易錯臺。

經采取上述多項措施后，盾尾漏漿嚴重程度得到了較明顯改善，個別出現沉降速率超標的沉降點，經持續多次采取二次補漿和多次補漿措施后得到了有效控制。盾尾漏漿后順利下穿通過了一級風險源涼水河、φ1 750 mm污水管和2 000×2 300電力管溝、5 000×3 000熱力管溝、右外大街、未拆遷平房區等風險較大的一級風險源，安全順利到達接收豎井實現了接收(見圖7)，確保了業主工期目標的實現。

查看隧道洞通后盾尾刷磨損情況(見圖8)，也證實了盾尾刷磨損嚴重的分析。

4 結論與建議

論文對土壓平衡盾構穿越全斷面無水砂卵石地層盾尾漏漿嚴重，工期緊，來不及換盾尾刷，以及需下穿河道、φ1 750 mm污水管、2 000×2 300電力管溝、5 000×3 000熱力管溝和老舊平房區等多個一級風險源等情況，采取針對性措施，確保了盾構順利掘進和安全出洞。為土壓平衡盾構在北京地區無水砂卵礫石層施工中的盾尾漏漿應對措施提供了一種可行的新的思路。

對于土壓平衡盾構機盾尾漏漿，由于影響因素較多，建議從盾構始發開始就應該重點關注負環管片拼裝橢圓度、管片拼裝、注漿參數(壓力、注漿量)、盾構姿態、盾尾間隙、地質狀況、油脂、盾尾刷等多個因素。

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A solution to slurry leakage at the tail of EPBS without replacing the shield tail brush

Zhang Renzhi

(CCCCTunnelEngineeringCo.,Ltd,Beijing100069,China)

Through the analysis on the actual situation of a project construction, discussed the shield tail leakage slurry causes of earth pressure balance shield machine. Some measures, such as filling with sponge slices, increasing the grease injection, and controlling the flow of slurry, have been proposed to ensure that the EPBS can smoothly get through several grade-A risk sources and safely get out of the tunnel, without replacing the brush. This provides a feasible solution for ensuring a smooth tunneling under the condition of slurry leakage at the tail of shield.

EPBS, waterless sandy cobble stratum, slurry leakage, no replace of brush

2015-02-26

張人志(1979- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)13-0169-03

U455.43

A