大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治

1、大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治第6卷第3期2021年6月现代交通技术ModemTransportationTechnologyV0I.6NO.3June2021大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治赵誉(北京中铁建房山桥梁,北京102400)摘要:结合南京长江隧道盾构施工工程,分析了盾构施工中导致盾尾泄漏的各种原因,并提出了有针对性的预防措施及应急预案,确保了南京长江隧道盾构施工平安实施.关键词:过江隧道;盾构施工;盾尾泄漏;原因分析;预防措施中图分类号:U445.43文献标识码:B文章编号:16729889(2021)03007304PreventiononShieldLeaka

2、geforShieldMachinewithLargeDiameterinLongDistanceCross.riverTunnelConstructionZhaoYU(ChinaRailwayFangshanBridgeCo.,Ltd.,Beijing102400,China)Abstract:AccordingtoshieldconstructionofNanjingYangtzerivertunnelproject,thispaperanalysesthecausesleadingtoshieldtailleakageinshieldconstruction,andthepertinen

3、cepreventionmeasuresaswellasemergencyplansarealsoproposedtoensuretheshieldconstructionsaftyofNanjingYangtzerivertunne1.Keywords:crossriVeTtunnel;shieldconstruction;shieldtailleakage;reasonanalysis;preventionmeasures1概述生盾尾泄漏的情况.一般而言,把直径超过10m的盾构机称为大直径盾构机;单台盾构1次不问断掘进长度超过2km时,称为长距离掘进施工.大直径长距离过江隧道的施工,面临着

4、比地铁施工更为严峻的问题:首先埋深较深,水压力大,一般到达650kPa或更高:其次在水下推进过程中根本不具备维修,更换尾刷的条件,即使进行维修.也存在着巨大的风险和高昂的本钱.所以,大直径长距离过江隧道盾构施工中,盾尾泄漏的预防工作.是重中之重.南京长江隧道采用2台直径14.93m的泥水平衡盾构进行施工,自工程开始,盾尾密封的防护就一直是施工方高度重视的课题,结合广州地铁等地的施工经验,分析了盾尾泄漏的可能原因,并有针对性地制定了可行应对措施,有效地保护了盾尾密封.截至目前.隧道已经推进接近4000m,没有发2盾尾泄漏的原因分析造成盾构机盾尾密封发生泄漏的原因有多种,在小直径盾构施工中,管片错

5、台是造成盾尾泄漏的因素之一;但在南京长江隧道大直径盾构施工中,管片拼装精度很高.不易发生变形,实际施工中管片错台量能控制在5mm以内.因此长江隧道施工中.由于错台而引起盾构管片渗漏的可能性不大.不作为一个影响因素列出.2.1盾尾刷安装方式不科学盾尾刷是由宽20cm的很多小块尾刷连接而成(见图1),一般在盾构机组装完之后现场安装,很多工地在安装时忽略了安装时尾刷背部弹簧钢板的搭接顺序,导致尾刷上的钢板没有形成彼此的保护,而是杂乱无序,使其整体耐压能力大打折扣.作者简介:赵誉(1968一),男,山东安丘人,高级工程师,主要从事地铁隧道工程建设管理工作.?74?现代交通技if;2021年图1安装前的

6、盾尾密封刷2.2始发时油脂涂抹不到位负环管片拼装之前,应当对密封刷进行手工涂抹盾尾密封油脂的工作,以使油脂尽可能均匀地填充在尾刷的内部.起到耐压作用.如果油脂涂抹不均匀或者不到位,该处的钢丝刷内会形成空腔,成为整个盾尾密封的薄弱点,从而极易被击穿.2.3盾构姿态不理想如图2所示.盾尾密封刷被管片压伏在盾壳上.掘进时,弹簧钢板和钢丝刷紧贴着管片拖拉滑动,在理想的盾构机姿态下,管片与盾壳之间的间隙为65mm,称之为盾尾间隙.地铁盾构的盾尾间隙一般在8090mm.图2盾尾密封刷工作原理示意图(1)当盾构机姿态向隧道轴线某一侧偏离时,该侧的盾尾间隙增大,例如,盾构姿态偏向隧道轴线下方30mm.下部盾尾

7、间隙就会增大至95mm,上部盾尾间隙就会相应的减小至35mm.盾尾间隙增大的一侧,密封刷与管片之间易形成间隙,容易被盾尾外部的泥水或砂浆击穿,导致泄漏:如果长时间在这种姿态下推进,盾尾间隙减少的一侧密封刷的磨损会急剧加大,一段时间后更易被击穿.(2)盾构姿态纠偏过急,导致盾尾轴线与管片轴线形成一定的夹角(大直径盾构没有盾尾铰接装置),管片前沿会严重地拉擦盾尾密封刷,最严重的情况会导致下一环管片拼装时与盾尾壳的间距变为零而无法拼装.2.4管片外环面不平整管片浇筑时,为了保证内环面的高精度,采用内环面向下的生产工艺.内环面的精度取决于钢模的精度.但是外环面的精度受生产时外环面盖板的安装精度,混凝土

8、抹面工的打磨技术等影响,精度较低.并且,在吊运,存放的过程中,外环面容易受到损坏,再次修复的精度全凭工人技艺,很难保证.实际施工中,曾发现过外环面误差超过10mm的管片.外环面的不平整,首先会使盾尾密封刷在管片的不平整处与管片产生间隙,易导致盾尾泄漏;其次,较大的凹凸不平.会加快盾尾密封刷的磨损速度.2.5管片外环面纵缝的间隙如图3所示,管片拼装完毕后,外环面2块管片的连接处存在一个8mm的缝隙,理论上,该间隙会被盾尾密封油脂填充,但实际上,当推进1环至lm行程时,4道盾尾密封刷全部被这一环管片覆盖,该间隙形成一个联通盾尾内部与外部的通道,随着埋深的逐渐增大,填充其中的油脂会无法承受逐渐增大的

9、泥水或砂浆压力.被击穿为一个泄漏通路.管片外翼lI图3外环面纵缝间隙示意图2.6同步注浆管理失控(1)在同步注浆的管理上,较为常见的问题就是注浆压力过高.砂浆直接击穿盾尾.(2)砂浆的饱满和均匀其实是对盾尾密封刷的第1道保护,在泥水盾构中尤其突出.整个盾构机的盾体从前至后是一个倒楔形,因此掘进过程中开挖仓和盾尾其实是相通的,盾尾密封刷外面就是泥浆,泥浆的渗透性要比砂浆强很多,如果盾尾密封刷直接面对泥浆.几乎可以肯定每一环的管片外环面纵缝处都会发生泄漏.而饱满均匀的砂浆会在盾尾处形成一个隔离层,隔开泥水和盾尾密封,渗透性差的砂浆成为盾尾密封的第1道保护.2.7盾尾密封油脂注入管理失控(1)盾构机

10、推进过程中,盾尾刷之间的密封腔第3期赵誉:大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治?75?中的油脂会附着在管片上不断消耗,因此在推进的过程中要不断地注入油脂.每台盾构机每推进1环,其消耗的油脂量是一定的,那么每环的油脂注入量应该是大致相等的.如果缺乏管理,油脂注入不均匀,甚至长时间不注油脂,盾尾密封的耐压能力将急剧下降直至被击穿.(2)盾构机因为设备维修等原因有时需要停机一段时间.这段时间内,有可能会忽略对盾尾油脂注入的管理.在停机时,由于压力差的原因,盾尾密封腔内的油脂会不断地向外部砂浆和盾尾内部缓慢渗透,时间长的话,密封腔内的压力会降得非常低,此时盾尾特别容易在外界砂浆不够饱满处被击穿.2

11、.8长距离掘进的正常磨损在长达2km以上的推进过程中.即便将预防措施做到最好,盾尾密封刷的磨损也在所难免.钢丝会逐渐磨断或脱落,内外层的保护弹簧钢板也会逐渐有一局部脱落,盾尾的密封性会逐步降低.3预防措施针对以上分析的盾尾泄漏的原因,提出了有针对性的预防措施.3.1正确的安装盾尾密封刷正确的安装盾尾密封刷,这是所有工作的前提.每块尾刷后部的弹簧钢板应该在安装时沿顺时针或逆时针(注意只能是一个方向)一块压住一块,形成一个封闭的搭接环,正确安装后的效果如图4所示:图4安装完成后盾尾刷背部弹簧钢板搭接图3.2始发前正确地涂抹油脂制作假设干细长的钢板或竹片,用他们分开盾尾密封刷的钢板与钢丝,中间钢丝网

12、与钢丝,把尾刷人工涂抹进去,并在整道尾刷的根部涂抹尽可能多的油脂.如图5所示,涂抹之后的效果如图6所示图5手工涂抹盾尾密封油脂位置示意图图6正确涂抹密封油脂后的盾尾密封刷3.3保持良好的盾构机姿态(1)推进过程中尽可能使盾构机姿态靠近隧道轴线,操作手要不断根据测量系统的反应调整盾构机的姿态.(2)根据盾构机的姿态和盾尾间隙的实际测量值,选择适宜的管片类型,减小盾尾间隙的不均匀性.(3)如果盾构机姿态已经过差,要采取纠偏措施,但纠偏不能过急,每环纠偏35mm即可.注意,采取纠偏措施后,并不一定当环见效,有可能偏差继续增加,这是因为偏移的趋势还存在,偏差还没有到达峰值,此时确保偏差增加的速度减小就

13、可以了.3.4加强管片质量监测要求管片场在生产过程中严格控制外环面的平整度:减少在吊运过程中的损坏:如确有损坏需要修补,一定要确保到达质量要求.3.5增加外环面纵缝密封条为了消除外环面纵缝的通道,增加了1道纵缝密封条.如图7所示.3.6保持盾尾同步注浆饱满如前述,注浆量参考理论注浆量进行控制,同时控制注浆压力:(1)根据理论注浆量和推进的行程,比照实际注浆量,防止注浆过多;其次,密切关注注浆管道的?76?现代交通技术2021年压力反应值,注浆压力不应超过该处外部泥水压力过多,不可超过盾尾密封油脂的压力.(2)个别环即使注浆量超出理论量很多,但是注浆压力很低,那么根据压力控制,只要压力不超盾尾耐

14、压,可以多注.图7增加的外环面纵缝密封条3.7监控油脂注入参数每环推进之后会复核油脂的消耗量.这样已经将油脂泵故障所造成的风险降到了最低.但是,鉴于埋深较深.水压较大,推进过程中及停机状态时油脂的流失等等,有可能会有局部盾尾油脂压力下降到接近于甚至小于水压的状态.操作手应当不定时检查所有的压力传感器显示值,发现有压力偏低时,应当进行补注.3.8定期手动补注油脂为了将各种风险降到最低限度,实际上采取了每班手动补充一次盾尾油脂的做法,补充时,宜在停机状态进行,将所有油脂管全部翻开,补注5lOrain,或补注至第3道尾刷压力到达高出水压力100200kPa.3.9严密关注盾尾实际的密封情况随着埋深的

15、增加,掘进距离的增加,尾刷磨损的增加,对盾尾密封情况的监测也要更加频繁,每环推进过程中都安排专人观察盾尾有无渗漏水的情况,一般而言,少许清水的渗漏是正常现象.但是一旦出现,该处的油脂就需要立即多注.并且.随着距离的增加,可以适当调高每环油脂消耗量.4应急措施在万一发生泄漏的情况下,应当采取如下应急措施:(1)确定是否停止推进.如果是由于砂浆过多.压力过高导致盾尾泄漏,必须持续掘进以开挖更多空间,降低砂浆压力.如果由于砂浆缺乏导致泄漏,在砂浆没有大量泄漏,只有泥水泄露的状况下.也必须持续掘进,同时同步注浆,补注油脂,以利砂浆和油脂填补空腔:如果砂浆已经开始泄露,那么可以停机补注油脂,直至砂浆停止

16、泄露.(2)分清泄漏状态.发生盾尾泄露时.及时查看注浆压力和注浆量,对照理论值:查看泄漏出来的物料的组成,结合第(1)点综合分析泄漏是由于砂浆注入过多所导致的还是由于砂浆注入缺乏所导致的,然后有针对性地处理.(3)确定是否停止注浆.如果能够确定是砂浆注入过多导致泄漏,在维持推进的同时,应当暂时停止注浆.以减少外界的压力:如果确定是砂浆注入过少导致泄漏,如果泄露较小并是较稀的泥水,那么维持推进,并应当持续进行同步注浆,同时要严密监控注浆压力,一般这种情况下,注浆压力会偏小,为了防止矫枉过正,注浆压力应限制在当前掌子面压力以下,如果泄露较大且为砂浆,须停机补注油脂,停止注浆.(4)加大油脂注入量.不管是何种泄漏原因,油脂注入量都必须加大,虽然可以选择局部加大油脂注入,但是,为了降低风险,最好选择全部油脂管都翻开补注.(5)后续观察和补充盾尾油脂.任何一环发生泄漏后,后续几环要有意识地加大盾尾油脂的注入量.(6)盾尾排水.在采取以上所有措施的同时,立即通知相关部门,安排专人负责盾尾排水.5结语事实证明,通过事先分析所