淺談盾構(gòu)隧道滲漏原因分析及措施

陳浩銘

中鐵十九局集團(tuán)有限公司 北京 100000

為了能夠緩解城市交通的壓力，近幾年來我國(guó)的隧道建設(shè)發(fā)展迅速。用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行地下隧道建設(shè)是現(xiàn)在通用的施工方法，并且在建設(shè)中獲得了巨大的成功。但是隨著建設(shè)的進(jìn)行，盾構(gòu)隧道滲漏問題逐漸顯現(xiàn)出來，為工程的開展帶來了阻礙。如何有效避免隧道的滲漏，是現(xiàn)在盾構(gòu)工作的一項(xiàng)主要研究課題。

1 滲漏的原因

1.1 施工材質(zhì)不過關(guān)

施工材料的質(zhì)量是影響工程質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在管片進(jìn)行制造的過程中，由于模具操作不當(dāng)，導(dǎo)致管片的形狀發(fā)生改變，在進(jìn)行拼接工作時(shí)，連接間隙不能得到保證，導(dǎo)致對(duì)密封條的壓實(shí)不均，在管道運(yùn)行過程中會(huì)引起滲漏發(fā)生。在選擇止水條時(shí)，選擇的型號(hào)與實(shí)際工程匹配度差，使密封效果不理想，也是引起滲漏的原因之一[1]。進(jìn)行管片制作時(shí)，對(duì)管片的處理工作不到位，會(huì)導(dǎo)致管片內(nèi)部存在縫隙、氣泡等不安全因素，在使用過程中會(huì)導(dǎo)致管片出現(xiàn)裂縫影響工程的密封，出現(xiàn)滲漏。此外，工程中管片需要用連接螺栓進(jìn)行連接，螺栓質(zhì)量的好壞對(duì)密封影響也明顯。如果螺栓材質(zhì)、工藝不過關(guān)，在連接過程中會(huì)出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，導(dǎo)致連接力度降低。一些螺絲的材料剛度不足，在使用過程中受拉力影響容易變形，也會(huì)使管片之間的連接縫隙變大，引起滲漏發(fā)生[2]。

1.2 管片拼接問題

在盾構(gòu)隧道建造過程中，管片拼接組成的管道是施工的重點(diǎn)。在進(jìn)行管道建設(shè)時(shí)，需要按照計(jì)劃將管片進(jìn)行一一拼接，使之有序結(jié)合組成整體。在進(jìn)行管片的鋪設(shè)時(shí)，若施工單位沒有按照要求嚴(yán)格進(jìn)行施工，在運(yùn)輸拼接過程中會(huì)出現(xiàn)管片碰撞導(dǎo)致管片損傷，造成管片的密封效果不理想，引起滲漏發(fā)生。在進(jìn)行安裝的過程中，在片體的敷設(shè)時(shí)比較隨意，導(dǎo)致管片之間的密封條擠壓不均，使密封面密封不嚴(yán)，在日后使用過程中會(huì)發(fā)生滲漏。管片的拼接是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎苡绊懸蛩囟啵芷笤O(shè)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、進(jìn)行螺栓緊固時(shí)工作粗糙，都能使管道在日后使用過程中出現(xiàn)滲漏。

1.3 盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行參數(shù)不合理

1.3.1 盾尾間隙過小

造成此類情況出現(xiàn)的主要原因在于，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)，由于進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整時(shí)出現(xiàn)了幅度較大的急糾猛糾問題，在此情況下則造成盾構(gòu)機(jī)實(shí)際運(yùn)行軌跡與管片線形存在不一致的情況，這樣也導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)尾部間隙出現(xiàn)了不對(duì)稱問題，盾構(gòu)機(jī)尾部間隙相對(duì)較小的一側(cè)，在受到外部壓力時(shí)，會(huì)讓管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)破損或者在受力不均影響下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂縫問題，若是沒有及時(shí)采取措施對(duì)此問題進(jìn)行處理，那么在壓力持續(xù)增大的情況下，破損與裂縫位置處也會(huì)出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)滲漏的問題，從而擴(kuò)大故障問題的影響范圍，威脅到盾構(gòu)機(jī)的正常運(yùn)行。

1.3.2 盾尾變形較大

造成此類情況出現(xiàn)的主要原因在于，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)工作參數(shù)波動(dòng)狀態(tài)過大，使得結(jié)構(gòu)運(yùn)行軌跡和管片線形出現(xiàn)差異過大的情況，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)尾部出現(xiàn)變形較大的情況。在發(fā)生盾構(gòu)機(jī)尾部變形過大的問題后，會(huì)對(duì)整個(gè)管片安裝過程帶來較為直接的影響。例如，在出現(xiàn)變形問題后，會(huì)帶來管片成型后橢圓度過大的問題，從而影響到下一個(gè)環(huán)管片拼裝活動(dòng)的進(jìn)行，從而帶來管片錯(cuò)臺(tái)問題，嚴(yán)重情況下還會(huì)帶來管片相互擠壓的破損問題，帶來相應(yīng)的滲漏問題。

1.3.3 設(shè)備推力不均勻

在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過程中，由于初期參數(shù)調(diào)試結(jié)果的科學(xué)性較低，使得盾構(gòu)機(jī)在運(yùn)行期間出現(xiàn)設(shè)備推力均勻性差的情況，這也會(huì)直接對(duì)管片運(yùn)行安全帶來較大影響。例如，在設(shè)備推力不均勻作用下，容易造成管片運(yùn)行裂紋、貫穿性斷裂和錯(cuò)臺(tái)等風(fēng)險(xiǎn)，尤其是盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行小半徑曲線挖掘時(shí)，管片受力較小的一側(cè)，其千斤頂作用力會(huì)小于止水條所需擠壓力，這樣也會(huì)導(dǎo)致止水條擠壓效果不足，影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的防水效果，導(dǎo)致管片處滲漏問題。

1.3.4 盾構(gòu)前進(jìn)反力不足

在盾構(gòu)機(jī)前期應(yīng)用參數(shù)的設(shè)計(jì)階段，由于缺少始發(fā)與接收階段各項(xiàng)參數(shù)的科學(xué)化分析，使得盾構(gòu)前進(jìn)阻力所產(chǎn)生的反力小于管片止水膠條所需要的擠壓力，這樣也會(huì)導(dǎo)致止水條擠壓效果不足，影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的防水效果，導(dǎo)致管片處滲漏問題。除此之外，盾構(gòu)前進(jìn)反力不足情況的出現(xiàn)，也會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法正常前行的情況，從而影響到作業(yè)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

1.4 螺栓防水密封性差

在盾構(gòu)隧道施工過程中，螺栓防水密封性差情況的出現(xiàn)，也會(huì)造成結(jié)構(gòu)滲漏問題。此類問題出現(xiàn)的具體原因如下：（1）螺栓防水密封墊在遇水后會(huì)出現(xiàn)膨脹，增大了結(jié)構(gòu)間摩擦力，加快了密封墊的磨損速度，在密封墊性能下降到正常值以下時(shí)，也會(huì)影響到螺栓防水密封墊原有性能，導(dǎo)致螺栓孔位置出現(xiàn)滲漏問題，影響盾構(gòu)機(jī)的正常工作。（2）在施工前缺少螺栓密封墊運(yùn)行狀態(tài)的檢查，使得部分已經(jīng)失效的密封墊沒有得到及時(shí)替換，此狀態(tài)下的密封墊較難起到預(yù)設(shè)的防水性能，從而在螺栓孔位置出現(xiàn)了滲漏問題。

1.5 注漿質(zhì)量相對(duì)較差

在盾構(gòu)隧道施工過程中，注漿質(zhì)量相對(duì)較差情況的出現(xiàn)，也會(huì)帶來結(jié)構(gòu)滲漏問題。此類問題出現(xiàn)的具體原因如下：（1）水泥漿配比的合理性較差，不滿足當(dāng)下的裂縫處理要求，這樣也使得水泥漿注入到裂縫中后，無法達(dá)到預(yù)設(shè)的加固效果，使得地下水依然會(huì)沿著裂縫位置向外進(jìn)行滲漏。（2）在注漿時(shí)沒有控制好注漿壓力，使得水泥漿無法充分填充到裂縫當(dāng)中，待其完成凝結(jié)后無法讓裂縫位置重新恢復(fù)穩(wěn)定的抗壓結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏問題。

1.6 驗(yàn)收工作不到位

驗(yàn)收是工程施工中的重要的質(zhì)量把控環(huán)節(jié)。做好驗(yàn)收工作，能夠保證施工用材的安全、可靠，保證施工質(zhì)量。在隧道建設(shè)過程中，對(duì)管片的驗(yàn)收工作的實(shí)施與管道質(zhì)量有著緊密聯(lián)系。管片的形狀、完整度，對(duì)工程會(huì)造成影響。在其進(jìn)入鋪設(shè)在做作業(yè)之前，需要進(jìn)行形狀的檢驗(yàn)，保證管片的形制規(guī)范，檢驗(yàn)片體是否出現(xiàn)缺塊、止水條脫落等情況，及時(shí)剔除有問題的管片。在工程施工過程中，如果這些工作沒有細(xì)致嚴(yán)格的進(jìn)行，會(huì)使殘缺產(chǎn)品進(jìn)入工程當(dāng)中，造成工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，引起滲漏發(fā)生。

2 解決方式

2.1 施工材質(zhì)質(zhì)量控制

為解決隧道工程的滲漏問題，需要做好施工材料質(zhì)量控制工作，以降低材料因素帶來的結(jié)構(gòu)滲漏問題。在具體實(shí)踐中需注意以下幾點(diǎn)：（1）在管片制作階段需要做好各項(xiàng)參數(shù)的控制工作，并且按要求做好模具操作，以此來避免管片變形問題，從而在管片拼接時(shí)可以保證連接間隙的穩(wěn)定性，從而保證密封條的壓實(shí)度，減少使用階段的滲漏問題。（2）在管片完成制作后，需要對(duì)其制作質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)于內(nèi)部存在縫隙、氣泡等管片，需要及時(shí)篩選出來，禁止進(jìn)行使用，以降低裂縫問題發(fā)生概率。

2.2 拼接管片嚴(yán)謹(jǐn)處理

規(guī)范管片的拼接，能夠有效防止?jié)B漏內(nèi)的發(fā)生，因此在拼裝時(shí)要特別注意。在敷放管片時(shí)要按照一定的順序進(jìn)行，不能隨意施工，一般采用的方法是先底部、之后左右依次交叉向上、最后頂部。在管片的運(yùn)輸、調(diào)整及壓平環(huán)節(jié)要嚴(yán)格控制以防出現(xiàn)損傷，并且在安放時(shí)注意管片之間的相對(duì)位置，保證螺栓孔的位置對(duì)正，方便緊固連接的進(jìn)行。在安裝頂塊時(shí)注意在止水條上涂抹黃油潤(rùn)滑，徑向安裝到位后再軸向壓緊[3]。

2.3 盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行參數(shù)科學(xué)化控制

圖1 盾構(gòu)機(jī)示意圖

2.3.1 合理調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

盾尾變形情況超出規(guī)范要求時(shí)，此時(shí)也需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)盾尾圓度進(jìn)行矯正，從而維持結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性，減少隧道滲漏問題。

2.3.3 做好設(shè)備推力控制

如圖2所示，在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過程中，其前進(jìn)過程中需借助千斤頂頂推來實(shí)現(xiàn)，而結(jié)構(gòu)運(yùn)行方向的控制過程，則依靠盾構(gòu)機(jī)當(dāng)中不同千斤頂?shù)挠蛪翰顏硗瓿伞Ｒ虼耍诙軜?gòu)機(jī)推進(jìn)過程中，需要避免急糾猛糾問題，以保證管片工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。在盾構(gòu)機(jī)開展曲線段掘進(jìn)工作時(shí)，一方面，需要科學(xué)控制油壓差值，維持在合理范圍內(nèi)。另一方面，也需要保證盾構(gòu)機(jī)油缸壓力的最小一側(cè)值不能低于40bar，從而防止壓差較大或者油壓過小帶來的管片受力不均的情況，以此來保證止水條的防水效果，避免管片環(huán)縫位置的滲漏問題，維持盾構(gòu)機(jī)正常的工作狀態(tài)。除此之外，在盾構(gòu)機(jī)前期應(yīng)用參數(shù)的設(shè)計(jì)階段，需要加強(qiáng)始發(fā)與接收階段各項(xiàng)參數(shù)的科學(xué)化分析，以此來保證止水條擠壓效果，提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的防水性能，減少管片處滲漏問題。

圖2 盾構(gòu)機(jī)工作示意圖

2.4 做好螺栓防水密封性控制

在盾構(gòu)隧道施工過程中，也需要做好螺栓防水密封性控制工作，避免結(jié)構(gòu)滲漏問題。在具體實(shí)踐中也需注意以下內(nèi)容：（1）在前期安裝管片螺栓時(shí)，需要在恰當(dāng)位置安裝質(zhì)量合格的防水密封墊，所有的密封墊也需要按要求做好相應(yīng)的防水處理，從而防止密封墊在還未安裝前便出現(xiàn)水膨脹失效問題，保證螺栓孔位置的嚴(yán)密性。（2）在螺栓緊固活動(dòng)中，需要按要求做好緊固扭矩的科學(xué)化控制，避免密封墊損壞出現(xiàn)的防水失效問題。如果發(fā)現(xiàn)密封墊不合格問題，也需要及時(shí)采取措施進(jìn)行更換處理，避免管片螺栓孔位置出現(xiàn)滲漏問題。（3）在施工前需要做好螺栓密封墊運(yùn)行狀態(tài)的檢查工作，在發(fā)現(xiàn)失效密封墊后也需要及時(shí)替換，保證此狀態(tài)下密封墊的防水性能，防止螺栓孔位置的滲漏問題。

2.5 加強(qiáng)注漿管理

當(dāng)裂縫已經(jīng)出現(xiàn)并發(fā)生滲漏時(shí)，需要采取措施對(duì)其進(jìn)行密封處理，一般采用水泥和水玻璃的混合注漿。在進(jìn)行成分配比時(shí)，水和水泥的比例是1:1。而水泥漿與水玻璃的比兌，按照體積為1:0.3，兩者比例不同，效果不同，需酌情處理：1:0.3～1:1時(shí)，凝固時(shí)間逐漸變短，1:0.4～1:0.6時(shí)抗壓能力最強(qiáng)。根據(jù)不同地層、隧道埋深選擇合理的注漿方量，加強(qiáng)漿液的配比質(zhì)量控制，在推進(jìn)過程中密切關(guān)注注漿壓力，合理調(diào)節(jié)注漿速度，并注意關(guān)注盾尾漏漿情況，使注漿量、注漿速度、注漿壓力和推進(jìn)速度形成最佳的匹配，當(dāng)盾尾漏漿嚴(yán)重時(shí)需選用高質(zhì)量盾尾油脂，并及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿，保證管片背后有足夠的漿液注入。

2.6 加強(qiáng)驗(yàn)收工作管理

除上述提到的相關(guān)內(nèi)容外，也需要按要求做好驗(yàn)收管理，以此來保證施工用材的安全、可靠，保證施工質(zhì)量。從實(shí)踐情況來看應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）做好管片質(zhì)量的驗(yàn)收工作，在管片應(yīng)用前需要對(duì)其形狀、完整度等參數(shù)進(jìn)行檢查，保證管片形制規(guī)范檢查，在發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常性問題的管片時(shí)，禁止使用其參與到施工中，以營(yíng)造安全的盾構(gòu)機(jī)運(yùn)營(yíng)環(huán)境。（2）在工程施工過程中，也需要對(duì)各個(gè)部件的工作情況進(jìn)行檢查，實(shí)踐中可利用各類無損檢測(cè)技術(shù)來檢查部件內(nèi)部完整習(xí)慣，對(duì)于出現(xiàn)問題的部件也需要及時(shí)進(jìn)行更換，從而保證結(jié)構(gòu)完整性，避免盾構(gòu)機(jī)滲漏問題。（3）基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立易損件數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中也會(huì)標(biāo)記不同易損件的基礎(chǔ)信息，如易損件類型、使用年限、生命周期等，根據(jù)數(shù)據(jù)庫提示及時(shí)更換易損件，以此來減少易損件破損帶來的泄漏問題。

3 結(jié)束語

總結(jié)上文，可以得知，目前我國(guó)的隧道建設(shè)逐年增加，在方便了交通的同時(shí)，也出現(xiàn)了一些問題如隧道滲漏。經(jīng)過分析，可以從加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的控制、嚴(yán)謹(jǐn)處理管片拼接以及加強(qiáng)注漿管理等方面入手，對(duì)滲漏實(shí)施有效的防治。通過這些措施的實(shí)施能夠保證隧道的使用效果，提高我國(guó)隧道建設(shè)質(zhì)量。需要注意的是，在隧道施工過程中，還需要做好相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作，在發(fā)現(xiàn)滲漏問題也需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，以營(yíng)造安全的隧道工程作業(yè)環(huán)境，加快隧道工程的施工進(jìn)度。