盾構掘進中鉸接處漏水漏砂的原因分析及處理方法

摘 要：對南通某地鐵項目在富水砂層盾構掘進過程中鉸接處漏水漏砂事件的原因進行分析，發現盾構機在組裝吊裝時未進行有效固定，組裝完成后未進行真圓度測量是事件發生的主要原因。基于此，詳細闡述了漏水漏砂的處理方法，總結了盾構機鉸接密封的重要性、鉸接密封的日常保養維護技巧以及加強盾構機在轉場、組裝過程中的固定及檢測工作要點，為其他類似事件提供寶貴的處理經驗。

關鍵詞：盾構機；鉸接；漏水漏砂

中圖分類號：U455" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）02-0007-03

1 概況

盾構法施工因其施工速度快、安全性能好、自動化程度高等特點，已廣泛地運用于城市軌道交通、公路、市政基礎建設、城市管廊、穿江隧道等隧道工程建設中。盾構機為全封閉的隧道掘進機，為防止地下水涌入和泥漿滲透，要做好盾構機鉸接處密封工作。但盾構機在施工過程中頻繁的前后使用鉸接功能和盾構機沿圓周方向擺動對鉸接密封造成的摩擦，在地下承壓水的作用下，盾構機鉸接處很容易形成滲漏[1]。

南通某地鐵隧道施工時，盾構機鉸接底部出現漏水、漏砂險情。該區間單線總長1 059.600 m，隧道設有一組曲線，曲線半徑為900 m，縱坡為V字型坡，最大坡度為24‰，隧道頂埋深9.87～16.75 m。隧道穿越主要地層主要為：③1層粉砂夾砂質粉土、③2粉砂層。地表水系稍發育，承壓水較豐富，水位埋深3.90～4.15 m。盾構機出現漏水、漏砂的位置位于③2粉砂層，隧道埋深12 m。

2 盾構機鉸接形式

目前常見盾構機鉸接形式分為兩種：主動鉸接和被動鉸接。兩種形式都是鉸接千斤頂沿盾構四周一圈整環布置，其兩端的鉸銷處都安裝有球鉸，形成鉸接裝置，可以實現盾構機在復雜地層中的轉動。該項目采用的是鐵建重工土壓平衡式被動鉸接盾構機，其形式如圖1。

3 鉸接漏水、漏砂事故經過

區間右線盾構機在掘進至正5環時，鉸接底部出現輕微的漏水現象，項目部組織人員通過往漏水處鉸接密封增打黃油、緊固鉸接密封螺栓方式暫時解決了漏水問題。盾構機恢復掘進后在推進至25環時，隧道鉸接處底部60°范圍內發生了較大的漏水、漏砂現象，涌入盾構隧道大約15 m3左右的泥沙，項目部機械工程師及時將鉸接密封處緊急氣囊打開，暫時控制住了險情。此次險情由于大量泥沙涌入隧道，造成了地面最大沉降18 cm。由于滲漏位置還未出工地圍擋，項目部及時將沉降位置封閉，并回填加固處理[2]。

4 鉸接處漏水漏砂原因分析

險情發生后，項目部積極組織上海盾構領域的專家進行現場分析，發現鉸接處上下最大間隙達到了20 mm，初步判斷為盾尾變形引起的間隙過大。項目部盾構機組裝人員也證實在盾尾與中盾組裝的過程中比較困難。

分析結果顯示，盾構機在運輸與吊裝過程中由于未進行固定，在盾尾自重的影響下，盾尾出現變形，呈現橫鴨蛋型式的橢圓型。而盾構機盾尾和中盾之間連接的鉸接密封型式如圖2所示。鉸接橡膠密封材質為乙丙橡膠，硬度為Shore70A，密封在6號方頭螺栓調節螺栓的擠壓下，最大可在半徑方向上增加 5 mm。但由于變形比較嚴重，上下部間隙過大，鉸接密封無法發揮自己的密封作用，最終導致險情的發生。

5 險情處理方法

盾構機鉸接的作用為調整盾尾姿態，進而調整管片和盾構機的相對位置，在進行小半徑施工時，合理使用鉸接系統能使保持良好的盾尾間隙，防止盾體和管片相互壓迫，造成管片錯臺和破損。本次盾構機鉸接系統處理后，鉸接系統處于鎖死狀態，整個盾體連為一體，成為了失去調整作用的剛體。但由于區間上行線隧道曲線整體較好，最小轉彎半徑為900 m，對盾尾姿態調整的需求較低，按照上行線的施工經驗，在不使用鉸接的情況下，施工質量沒有任何影響。

鉸接漏水處總體處理方式為將調整密封環的方頭螺栓拆除，然后用 10 mm 鋼板焊接在方頭螺栓處封堵。處理方法如圖3所示。

作業步驟為：固定盾體→清理工作面→塞入填充物→焊接密封鋼板→重裝油缸→驗收。

5.1 固定盾體

拆除 3#、7#、10#、14#鉸接油缸和銷軸（圖4藍色框線區域），在中盾和尾盾的鉸接油缸耳座兩側焊接連接鋼板和筋板。將水平線以上 11.25 °的兩組防扭板固定（圖4紅色區域），將尾盾與中盾用300 mm×300 mm的H型鋼進行固定，防止尾盾軸向移動和徑向偏轉。

5.2 清理作業面

清理干凈拼裝區域、中盾與盾尾間隙的雜物與污漬。之后將作業面烘干，并保持焊接作業面干燥。

5.3 塞入填充物

鉸接油缸拆除后，若該處鉸接間隙較大，采用三元乙丙或者石棉盤根對間隙進行填充，若該處間隙過小，無法塞入填充物，則直接進入下一步驟。

5.4 焊接密封鋼板

塞入填充物后，焊接工作面的推進油缸縮回，然后拆除油缸固定裝置，將油缸用手拉葫蘆拉起，使其脫離盾體。拆除盾尾處的方頭緊固螺栓，將加工好的5 mm厚鋼板放入中尾盾連接處，然后用CO2保護焊機進行焊接。焊接時采用間斷作業，注意盾體溫度，防止盾體溫度過高導致盾尾安全密封氣囊因高溫被熔壞。

焊接時，采用特制的彎曲焊槍。在焊接過程中，由于部分區域有鉸接油缸阻礙視線，為了方便焊工觀察焊接情況，采用針孔攝像頭對作業面進行實時監控。針孔攝像頭定位對焦好以后，將監控畫面通過屏幕實時傳輸給焊工，焊工通過屏屏幕了解焊接情況并進行焊接。

完成1～4作業步驟后，選取下一工作面重復以上操作，直到將中尾盾一圈鉸接間隙全部封閉完成。按照先封堵間隙較大的部位的原則，作業順序按照底部→頂部→左側→右側進行。全部焊接完成后檢查焊接質量[3]。

5.5 重裝鉸接油缸

將 3#、7#、10#、14#鉸接油缸和銷軸重新安裝至原來位置，并找平。拆除水平線以上 11.25 °的兩組防扭板，拆除固定盾尾與中盾防止盾尾移動的300 mm× 300 mm的H型鋼。

5.6 驗收

檢查焊接部位的密實性，打開緊急氣囊泄壓，觀察焊接處有無滲漏水情況，同時邀請監理對焊接工作進行驗收，驗收通過后，恢復盾構機掘進。

6 恢復掘進

恢復正常掘進步驟如下：①通過管片選型和千斤頂分區壓力控制，調節好盾尾間隙。在保證管片質量的情況下調整盾構機的垂直姿態，遵循緩調的原則，每環垂直姿態向上調整量不得超過10 mm。②恢復掘進10環后進行盾構機姿態和管片姿態的測量，通過對測量數據的分析指導下一步對盾構機姿態的調整。③通過鉸接處徑向注漿孔注入聚氨酯，防止部分焊接區域焊接不密實產生漏水現象。④在恢復掘進后，加大對盾尾刷的保護，更換優質盾尾油脂，每環盾尾油脂的注入量增加10 kg且應均勻注入[4]。

7 結束語

盾構機的密封效果是盾構掘進的基礎保障。通過此次對盾構鉸接處漏水、漏砂險情的原因分析和處理，分析總結了如下注意事項：①應加強鉸接密封的維修保養工作，轉場盾構機必須更換新的符合標準的鉸接密封，且對鉸接密封進行保壓測試。施工過程中保證對鉸接密封黃油量的供應。以減少對鉸接密封的磨損。②應加強盾構機在轉場和吊裝過程中對盾體的加固固定，并對盾尾進行真圓度的測量。本案例鉸接處的漏水漏砂險情發生的主要原因就是盾尾在組裝時未進行盾尾真圓度測量，盾尾變形未發現，導致盾構機進洞出現鉸接處漏水漏砂的險情。③掘進過程中應加強姿態控制，糾偏時避免較大的姿態變化，做到勤糾偏、緩糾偏。加強同步注漿量和壓力的控制，防止砂漿倒流包裹鉸接。根據盾構機的姿態和間隙及時調整鉸接密封的松緊度，保證鉸接密封的壓力。

參考文獻

[1] 閆謀權.地鐵隧道盾構施工掘進技術要點分析[J].工程技術研究，2017（12）：124-125.

[2] 楊乃剛.盾構機中的鉸接裝置[J].建筑機械，2003（4）：51-52.

[3] 高丙歡，任潔.盾構機交接系統淺析[J].現代制造技術與裝備， 2018，262（9）：96-98.

[4] 趙榮.南京地鐵某區間盾構鉸接密封滲漏分析與處理[J].綠色科技，2013（12）：269-273.