砂層中盾構機鉸接處漏水原因分析與處理

摘要：分析某市地鐵2號線某個盾構區間盾構機在施工中過程中鉸接處漏水、漏砂事件產生的原因，闡述漏水、漏砂事件的處理方案?？偨Y了盾構法施工過程中注意事項。其中包括：要注重盾構機日常的保養與檢修;在盾構機組裝與拆卸過程中，要對重要部位進行必要的檢修與檢測;應增加突發事件的應急演練的次數，配備充足人員、有效搶險物資，加強參建各方組織、協調，合理調配技術人員和物資設備。

關鍵詞：地鐵;盾構機;鉸接;漏水原因

0" "引言

當前，很大多城市軌道交通建設都是在市中心施工，而區間隧道施工主要以盾構法為主，為了使盾構機前部與后部之間可以有一定范圍的擺動，在盾構機上設置了鉸接裝置。盾構機本體可以分成前盾、中盾、后盾三個部分，前盾由切口環組成，中盾由支撐環組成，后盾由盾尾組成，前盾、中盾由鉸接千斤頂連接，這樣盾構機可以上下左右彎曲。

在鉸接部位雖然設置止水密封，但盾構機在小曲線半徑和高承壓水復雜地質環境中掘進時，鉸接千斤頂需要不斷地進行調整，以保證盾構機和管片軸線符合要求，由此容易導致局部鉸接止水密封受損失效、漏水、漏砂。本文以某市地鐵2號線某個盾構區間盾構機為背景，分析施工中過程中鉸接處漏水、漏砂事故產生的原因，闡述漏水、漏砂事件的處理方案，并總結了盾構法施工過程中注意事項。

1" "工程概況

本地鐵2號線盾構區間右線以半徑700m的曲線，沿常春路走行，下穿第四人民醫院、常春弄民房、京杭運河、渝味川菜、大漢養生會所、南大街街道辦事處、市郵政局、郵電路地下通道、延陵西路地下連接通道綜合人防工程后，接至南大街站。

區間起訖里程SK5+113.404～SK6+026.304，全長913.069m（含長鏈0.169m）。本區間段平面曲線最小半徑為350m，線路中線間距約為11.5～16m;縱斷面為V型坡，最大縱坡28‰，最小縱坡2‰，區間隧道覆土最大厚度28.6m，最小厚度17.1m。該區間沿線穿越河道主要為京杭運河，勘察期間實測水面標高2.00m，水深2.30～2.40m，河底淤泥厚0.90～1.00m。根據勘察時觀測，河水與上層滯水有一定水力聯系。

因本工點運河部位河道下部仍有一定厚度的黏土，河水與下部承壓水基本無水力關系，故京杭運河河水對本工程建設基本無影響，承壓水主要為第Ⅰ層和第Ⅰ2層承壓水，其中盾構機出現漏水、漏砂的位置主要土層為⑤3黏質粉土夾粉砂、⑥3黏土、⑧2粉沙。

2" "盾構機鉸接裝置結構

盾構機鉸接千斤頂沿盾構整圓布置，共計12根，用于保證盾構機前部與后部之間有一定的擺動角度。前后盾體最大鉸接角度左右1.5°、上下1°。根據盾構推進千斤頂在盾構機上固定位置的不同，鉸接裝置可分為主動型和被動型兩種。

本工程使用的是小松盾構機直徑為6.34m，其為主動型鉸接盾構機，主動型鉸接工作原理如下：依靠鉸接千斤頂的主動伸縮，使盾構機前后部分發生彎折[1]。盾構推進千斤頂固定在盾構機的后部，推進千斤頂的推力作用在盾構機的后部，再通過鉸接千斤頂傳遞到盾構機前部。盾構推進千斤頂固定在盾構機的后部結構如圖1所示。

3" "鉸接處漏水漏砂狀況

3" "鉸接處漏水漏砂狀況

右線盾構機576環拼裝完成后，在進行577環準備推進時，拱底下左側13～14號千斤頂位置盾構鉸接處發生了漏水漏沙險情。盾構機首尾姿態分別由原來的+50mm和-101mm變化為-298.88mm和-307.51mm。已拼裝好的第568～574環管片縱向和環向發生了較大錯臺和碎裂，最大錯臺達到5.8cm，大部分泥沙沿鉸接間隙處涌進隧道，主干道地面沉降累計最大為SD585（-25.76mm）。

為保障安全，與市政、交通、建設部門商定，臨時封閉延陵西路郵電路西口東向西3股車道。鉸接密封漏水點剖面位置如圖2所示。鉸接密封漏水點剖面位置現場如圖3所示。

4" "險情原因分析

漏水、漏砂位置周邊環境復雜，地面北側屬于商業地段，其中包括市郵政局（距盾構機左側約11.93m）、電信實業（距離刀盤約42.57m）。盾構機左側位于地下過街通道下樓梯口，前方正穿過街通道走廊（距離刀盤約12.3m），在540～550環下穿市河（距離盾尾約28.8m），且地下涉及大量雨污水、供電、給水、通訊等主要管線。

根據區間地質勘察報告，本區間第一層和第二層承壓水連通，且區間緊鄰京杭大運河及市河，承壓水補給豐富迅速，水量大，水頭高壓力。區間最大埋深約34m，為2號線埋深最深、地質情況最復雜、風險源最多及施工難度最大的盾構區間。

結合水文地質資料及施工現場反饋的情況，初步認為本區間水文地質特殊，地質條件差，小曲線半徑地層上硬下軟，使用鉸接輔助掘進過程中夾進砂礫后局部密封受損失效，是造成本次險情的主要原因，具體原因分析如下：

一是小曲線半徑對鉸接的影響。區間右線362～535環處于半徑350m小曲線半徑范圍，在曲線穿越過程中，需開啟、閉合調整盾構鉸接長度，由此導致局部鉸接夾進砂礫后密封受損失效。

二是上硬下軟的地質情況對鉸接的影響。區間右線自525環開始，盾構推進斷面土層為⑤3黏質粉土加粉砂、⑥3黏土、⑧2粉砂。區間掘進上硬下軟的地質時，盾構機垂直姿態不可控，出現整體下沉和掉頭現象。為確保盾構姿態可控，需開關拉伸下部鉸接。在此過程中夾進砂礫，導致密封受損失效[2]。

三是承壓水豐富對鉸接的影響。區間第一層和第二層承壓水連通，且區間緊鄰京杭大運河及市河，承壓水補給豐富迅速。⑧2粉砂位于Ⅰ2層承壓水層，承壓水補給豐富迅速，水量大，水頭高壓力。

綜上所述，小曲線半徑線路工況和上硬下軟的特殊地層情況，導致掘進施工時需適當調整鉸接。長距離鉸接輔助掘進過程中，夾進砂礫后局部位置密封受損失效。受損部位無法抵擋盾構外部Ⅰ2層承壓水和⑧2粉砂土體的壓力，最終導致涌水涌沙的險情發生。

5" "盾構機鉸接處漏水、漏砂事故處理

5.1" "鉸接處漏水、漏砂封堵

采取沙袋反壓漏點，同時向盾構機鉸接處殼體徑向孔和盾尾后第3～5環注入聚氨酯，從而起到封堵的效果[3]。漏水漏砂處封堵完畢后，逐步清理盾尾處泥砂，將鉸接處的環縫隙清理出來進行焊接。

焊接流程如下：拆除單個千斤頂前腔油管，拆除千斤頂將露出的鉸接環縫用二氧化碳氣體保護焊進行焊接后，將千斤頂裝復并恢復負載。由于清理工作面大，為了保證安全，在不耽誤施工進度的前提下，先從右側6#千斤頂開始向上焊接，順序為6→3→22→19→16→13→9，如圖4所示。將拆除的千斤頂向外拉出80cm，露出鉸接需要燒焊的位置。重復循環，直至將鉸接處一圈焊縫全部焊接，使鉸接處成為剛性連接。

5.2" "處理受損管片

5.2.1" "臨時支撐加固

險情發生后，第一時間對受損管片采取臨時支撐加固。右線在569～574環使用寬250mm厚度20mm的環型鋼板，緊貼管片內壁進行整環加固。565～575環左、右和上部用300mm×100mm×10mm槽鋼拉條加固。左線在575～590環使用厚度15mm鋼板條在相鄰環之間進行拉結加固。建立管受損管片錯臺和裂縫一天二次監測動態臺賬[4]。

5.2.2" "采用注漿加固

鉸接密封焊接完成后，為保證成型隧道質量防止注入漿液流失，采用單、雙液漿交叉方式注漿，即管片在脫出盾尾后每5環進行雙液漿打環箍，環箍之間用單液漿進行填充注漿。右線隧道內打環箍范圍為571～540環，左線隧道與右線盾構機鉸接漏水、漏砂處的相對應環號為586環，左線注漿起點為右線盾尾后5環雙液漿打環箍，環箍之間用單液漿進行填充注漿，范圍為595～570環，依次循環打環箍。

水泥選用PO42.5硅酸鹽水泥。對于單液漿來講，水灰比為1：1，對于雙液漿來講，水玻璃與水按1：1.5進行稀釋，水泥漿液與水玻璃體積比按2：1的比例進行注漿。注漿采用注漿量和注漿壓力雙指標控制，注漿壓力以0.3MPa為上線，注漿的同時對管片進行監測。

5.3" "地面加固處理

考慮鉸接漏水、漏沙可能導致路面塌陷、建筑物沉降，首先與市政、交通、建設部門商定，臨時封閉延陵西路郵電路西口東向西3股車道，公交車從周邊道路繞行，保證險情區域機動車、非機動車及人員安全。

盾構鉸接漏水漏砂處位于主干道下，地表沉降累計最大為SD585（-25.76mm），在地面上采用阿特拉斯鉆機引孔，第一時間注入雙液漿填充，各管線單位產權單位進行現場交底。在右線盾構推進方向右側引孔，深度15～18m探孔4個，深度32～33.5m探孔2個，右線刀盤前方5m右下位置、左線隧道推進方向右側（對應右線鉸接漏水）及盾尾、刀盤位置鉆機引孔4個，單個引孔深度20m。一般注漿壓力為0.1～0.3MPa，當壓力穩定在0.3MPa時注漿完成[5]。

要求第三方監測單位會同施工監測，對險情發生區域路面、建筑物沉降進行2h/次加密監測，并成立監測數據分析小組，及時跟蹤監測數據情況，指導隧道內相關搶險工作。

5.4" "調整設計軸線

由于盾構機垂直姿態偏離設計軸線較為嚴重，需要對設計軸線進行調整。第一時間反饋右線管片水平及垂直監測數據給設計單位，設計單位考慮到后期浮置板道床及接觸網后，重新變更復推后設計軸線，將線路縱坡由26.6‰調整為29.9‰。

5.5" "恢復盾構機推進

測量盾構機姿態，對于盾構前方土體流失引起盾構磕頭的情況，應在保壓狀態下適當增加壓力推進。為更好地擬合線路，保證管片質量，盾構機每環糾偏量不超過0.5mm，控制推進速度，做到勻速推進，同時確保同步注漿量滿足要求。

恢復推進的10環管片，應提高調整階段防水等級，在止水帶內、外側加貼遇水膨脹條，以提高隧道環、縱縫耐水性能。管片經過盾構機鉸接漏水里程位置時，應打開管片注漿孔進行二次單液注漿，穩定隧道（需離開盾尾5環注漿，避免損壞盾尾），范圍為滲漏里程前后各5環，對此段管片脫出盾尾時做縱向拉條連接。嚴格按照設定的技術參數進行掘進施工，安排技術人員24h值班指導施工。

6" "結語

盾構機在小曲線半徑和高承壓水復雜地質環境中掘進時，鉸接千斤頂需要不斷地進行調整，以保證盾構機和管片軸線符合要求，由此容易導致局部鉸接止水密封受損失效、漏水、漏砂。本文以某市地鐵2號線某個盾構區間盾構機為背景，分析施工中過程中鉸接處漏水、漏砂事故產生的原因，闡述漏水、漏砂事件的處理方案，并總結了盾構法施工過程中注意事項，得到以下結論：

應加強對盾構機的日常維修和保養，特別是盾構機在安拆與調試階段。需建立應急組織體系，制定具有可操作性的應急預案，配備足夠的搶險物資和人員設備。要加強盾構掘進施工的管理，優化掘進參數，制定嚴格的鉸接千斤頂操作規程，避免鉸接密封損壞。應增加突發事件的應急演練的次數，配備充足人員、有效搶險物資，加強參建各方組織、協調，合理調配技術力量、物資設備。

參考文獻

[1] 張厚美.盾構隧道的理論研究與施工實踐[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2] 于群.盾構隧道近距離下穿既有隧道影響規律的研究[D].北京：北京交通大學，2020.

[3] 姜玉宇.盾構隧道管段結構分析與健康監測[D].大連：大連理工大學，2020.

[4] 朱旻.已建盾構隧道注漿糾偏機理及工程應用研究[D].杭州：浙江大學，2019.

[5] ?；莺?淺談軟土盾構隧道施工理論及其實踐分析[J].智能城市，2018（13）：124-125.