淺析富水砂層盾尾密封修繕辦法范文

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1工程概況

秋水廣場站—中山西路站區間隧道是南昌軌道交通1號線穿越贛江的盾構隧道工程。該區間采用法國NFM泥水平衡盾構進行施工，盾構隧道直徑6m，埋深5．4～21．5m。本工程區域地面較平坦，地面標高18～25m，屬贛江沖積平原地貌單元。場地地層為人工填土（Qml）、第四系全新統沖積層（Qal4），下部為第三系新余群（Exn）基巖。按其巖性及工程特性，自上而下依次劃分為：①2吹填砂、②3－2細砂、②4中砂、②5粗砂、②6礫砂及中風化泥質粉砂巖。隧道穿越區段主要為：②5粗砂、②6礫砂及⑤1－2中風化泥質粉砂巖。隧道穿越地段地下水屬上層滯水、孔隙性潛水、微承壓水，與贛江地表水連通，其主要賦存于表層填土及砂土、礫砂、圓礫中；深部基巖裂隙水，主要分布于第三系新余群泥質粉砂巖、砂礫巖內；孔隙潛水主要賦存于表層填土以及第四系上更新統沖積層的砂礫石層中，基巖裂隙水主要賦存于場地第三系新余群泥質粉砂巖、砂礫巖巖層的裂隙中，主要受上部第四系松散層中的孔隙水或微承壓水補給。盾構始發時地下水位標高18．3m，穿越的砂層滲透性好，水量極為豐富，屬于中等至強透水層。

2盾尾密封失效情況及失效原因分析

2．1盾尾密封失效情況秋水廣場站—中山西路站區間盾構于2012年11月9日始發，14日盾尾進入洞門圈內，當日夜班采用高稠度水泥砂漿對洞門進行注漿封閉。隨后，由于機械故障導致盾構停機。18日，機械故障解除后盾構開始恢復掘進，發現在第3環管片左下角（左下角同步注漿管處）出現較大的漏水、漏砂漿現象，此時刀盤里程為SK10＋997．03。當時立即采取提高油脂注入壓力、加大盾尾油脂注入量等措施，盾構繼續向前掘進，但漏水及漏砂現象并未解除，且有增大的趨勢。現場采用了“棉砂＋木楔”的方法進行處理，仍無濟于事，隔膜泵抽水量加大。根據現場情況，估計盾尾密封部分失效，存在較大風險，不宜再掘進，故對盾尾密封進行檢查和修復。

2．2盾尾密封失效原因分析盾尾采用4道密封刷，有3道密封腔室，漏水、漏砂的部位均位于同步注漿管、盾尾油脂管的安裝位置。4道盾尾刷均是始發前新購置、安裝的。從理論上分析，盾尾刷應該不會出現損壞。同時，由于對盾尾進行了改造，盾構的同步注漿管、盾尾注脂管采用外置式安裝。綜合以上情況，初步判定盾尾密封失效原因為：

1）同步注漿管、盾尾注脂管與盾尾刷安裝鋼板間存在間隙。安裝完注漿管、盾尾注脂管后，安裝人員未對油脂管、同步注漿管與盾殼之間以及油脂管、同步注漿管與盾尾刷基座之間的間隙進行焊接封堵，從而形成水流通道，造成盾尾泥漿通過該通道涌入盾構中。盾尾密封失效示意圖如圖1所示。

2）與本身具有一定隔水性的黏性地層相比，砂質地層滲透系數大，透水性強，對盾尾密封質量的要求高，盾尾密封存在的微小間隙都會成為涌水、涌砂的通道，從而導致較為嚴重的漏水、漏漿、漏砂現象。

3）施工人員責任心不強，管理不到位，施工時未嚴格執行盾尾刷焊接技術交底，封堵不到位，存在施工缺陷，從而造成盾尾密封失效。

3修復總體方案

盾構所處的富水砂層自穩能力極差，在江水壓力的作用下，極易發生坍塌。盾尾密封修復過程中，盾構掌子面前方失壓，同時還要拆除盾尾管片，江水會通過掌子面及盾尾進入盾構內部。因此，修復過程中要解決的核心問題是如何保證修復過程中掌子面及盾尾的封水和封砂效果。通過反復研究、分析，確定修復的總體方案如下：對泥水艙采用氣壓及優質泥漿封閉掌子面，保證掌子面穩定；盾尾采用水泥漿進行注漿封堵，阻止盾殼周邊滲水；根據情況拆除盾尾的管片，對盾尾前2道密封腔室進行修復，修復時對密封刷與盾尾同步注漿管、油脂管及盾殼之間的間隙采用鋼筋塞焊的方法進行封堵。

4施工方法及步驟

4．1推進行程的確定

根據NFM盾構的設計，其第1道和第2道密封刷可以更換，前2道密封腔可以恢復。通過對盾尾刷安裝位置的反復核實與計算，確定盾構在推進油缸伸長到1．9m時，拆除盾尾1環管片，可以露出盾尾2道密封腔，第3道盾尾刷剛好露出，管片還壓住1道密封腔。因此，決定盾構推進行程為1．9m。

4．2掌子面及盾殼的封水

當盾構推進油缸行程達到1．9m時，立即停止掘進，此時盾構停機刀盤里程為SK10＋999．13。首先，采用內循環將泥水艙及氣墊倉的碴土循環干凈；然后，把優質泥漿注入到泥水艙，泥漿的密度控制在105～1．08g／cm3，黏度控制在90～120s，注入數量為18m3；再將泥漿注入到刀盤及整個盾殼區域，氣墊倉的氣壓加高至比理論氣壓值高0．02MPa，同時將泥漿滲入到地層中，形成優質泥膜，防止地層滲水進入到泥水艙或盾尾；加壓8～12h后，將氣墊倉的氣壓調整到理論壓力。

4．3盾尾的封堵

打開盾尾后方第2環和第3環管片的二次注漿孔，采用同步注漿機對第2環和第3環管片背后由下而上、左右對稱注入高稠度水泥砂漿。水泥砂漿稠度控制在100mm左右，用于填充管片與地層之間的間隙，并阻斷管片后方地下水流向盾尾。

4．4盾尾封堵效果檢查

盾尾注漿48h后，采用沖擊鉆將第3環管片的注漿孔打穿，直接穿透到漿液中。檢查發現，管片背后注漿飽滿，漿液已無流動性，只有個別地方存在從泥水艙流過來的泥漿。為了確保封堵效果，對盾尾后方第2環和第3環管片采用注水泥漿和水玻璃漿液進行封堵。共注入水泥漿和水玻璃漿液3m3。待12h后再次檢查時，沒有發現泥漿滲漏、滲水現象，這表明，管片背后滲水通道已經完全封堵。

4．5管片的拆除

本次盾尾密封的修復需要對該環管片全部拆除。拆除的方法是更換拼裝點位，隨拆隨裝，由原來的安裝點位5點調整為3點，整個管片旋轉2個點位。在拆除過程中，始終保持空缺1塊管片位置，其他位置的管片與推進油缸撐緊。拆除整環管片從F塊開始，再拆除L2塊，然后依次拆除B3，B2，B1，L1塊。管片具體拆除步驟為：先把F塊管片的吊裝螺栓安裝好，利用管片安裝機抓手抓住吊裝螺栓，并用主油缸將管片抓緊，接著拆除管片環向與縱向的螺栓，然向收縮推進油缸，松開管片，利用管片拼裝機的行程油缸，把F塊緩慢拉出，打開管片拆除的缺口。對于其他管片的拆除，采用直接用管片拼裝機頂升油缸將管片提離盾尾刷后，旋轉拉出，其他步驟與F塊的方法基本相同。管片拆除的注意事項：管片拆除前，提高盾尾腔中的油脂注入量，提高油脂腔的油脂壓力，減少管片與盾尾刷的摩擦；在拆除F塊時，管片拼裝機4個角的調整頂升千斤頂與管片要相互頂緊；管片緩慢拉出時，禁止管片發生旋轉，避免損壞盾尾刷。

4．6盾尾密封的檢查

管片拆除后，立即對盾尾密封失效的情況進行檢查。檢查發現所有密封刷完整性良好，油脂腔內除盾尾同步注漿管、油脂管處有水泥漿聚集外，其余部位的油脂腔盾尾油脂完好。檢查結果與盾尾密封失效原因分析結果完全一致。

4．7盾尾密封的修復

1）雜物的清理。油脂腔完全打開后，通過檢查，找出問題的癥結。然后，立即利用鋼絲刷對同步注漿管、油脂管處的油脂、水泥漿及其他雜物進行清理，用細鋼釬對管道與盾殼、管道與盾尾刷基座之間縫隙內的雜物進行徹底清理。雜物清理干凈后，用柴油將其清洗，用棉砂擦干。

2）失效處的塞焊。清理完成后，利用2臺電焊機，對縫隙處塞焊鋼筋，進行封堵。共對4處8根同步注漿管、盾尾油脂注入管進行了塞焊封堵。塞焊位置如圖3所示。焊接完成后，仔細檢查所有縫隙。完全封堵后方可進行管片拼裝。

4．8管片的再次安裝

不同部位的盾尾密封恢復后，依次立即對該部位的管片進行再次拼裝。管片的再次拼裝按拆除的逆過程進行。安裝時推進油缸將管片頂入盾尾時，要人工輔助將該處的盾尾刷壓板下壓，避免推進油缸將管片頂入盾尾時損壞盾尾刷。頂到位后，立即進行環向及縱向螺栓的安裝，然后進行油脂腔盾尾油脂的注入。

5修復實施效果及施工注意事項

5．1修復效果目前該盾構已經掘進430環，沒有再出現盾尾漏水、漏漿現象。本次盾尾密封修復取得了良好效果，同時為今后盾構掘進過程中盾尾密封的檢查、更換、修復等積累了十分寶貴的經驗。

5．2修復施工注意事項

1）盾尾密封修復是風險較高的施工工序。施工過程中，施工人員責任心要強。要安排熟悉本道工序的施工人員來進行操作，相關管理人員必須親臨現場。

2）提前對盾尾其他管片的螺栓進行復緊，避免在管片拆除過程中發生管片錯臺。進行盾尾密封修復前，應對管片拼裝機、排污系統等進行檢查，確保盾構工作正常，并提前對中盾下方的泥砂、油脂進行清理。

3）泥漿的密度、黏度及壓力是保證修復過程中掌子面前方封水、封砂的關鍵。因此，進行修復之前，必須針對現場的富水砂質地層，進行反復試驗，確定最合理的泥漿密度、黏度及壓力，以保證盾尾密封修復過程中的施工安全。同時，盾尾封堵注漿參數的控制也必須針對現場實際的砂質地層，通過反復試驗確定最佳參數。

4）增加臨時通風設備，清除切割、焊接時產生的煙塵。盾尾刷之間的密封油脂必須清理干凈。割除、塞焊時，應注意對盾尾刷的保護，防止焊渣等雜物進入尾盾內損壞密封刷。焊接人員應嚴格按照交底要求進行焊接，保證焊接質量。

5）管片拼裝時，避免管片錯臺，以防止密封刷無法緊密包裹整環管片，形成漿液滲漏通道。管片拼裝應由操作熟練的人員完成，保證管片拼裝質量。

6）現場切割、焊接設備應遠離工作點，準備足夠的滅火器，并連接高壓水管，加強防火措施，嚴防發生火災事故。

7）作業人員應加強自我安全保護意識，不在管片安裝區域停留，高處作業應佩戴安全帶。進行油脂清理、涂抹油脂時，應注意防止被盾尾刷刮傷。

8）提前檢查電瓶車，保證運輸正常。

6結論與建議

1）在富水砂層水壓不大于0．2MPa的地段，只要防止掌子面以及盾殼上方水的滲入，截斷盾尾水流通道，保持合理的泥水艙泥水壓力，計算好盾尾密封的位置，進行盾尾密封的檢查、更換與修復是可行的。

2）盾構施工盾尾密封的檢查、修復、更換是風險性極高的施工工序。施工前，一定要進行充分的論證，做好充足的準備工作，特別是針對現場的富水砂質地層，要通過試驗確定掌子面泥漿及盾尾注漿的最佳參數。施工過程中，要做到仔細觀察、認真分析、正確判斷，尤其在拆除管片前要對盾尾的滲水情況進行充分的驗證，在確保排水量達到要求后方可進行管片的拆除。

3）本次盾尾密封的失效并不是由于自然損壞或不可控制的原因造成的，而是由于安裝人員沒有檢查到位造成的。因此，在盾構施工中，尤其在盾構始發前，要強化對盾構每個部位、每道工序的隱蔽檢查與驗收，對于始發后不可逆轉、風險性大的工序的隱蔽檢查與驗收，實行雙人雙次的檢查與簽認是很有必要的。

作者：周兆勇龔學棟單位：中鐵隧道集團二處有限公司