浅析富水砂层盾尾密封修缮办法范文

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1工程概况

秋水广场站—中山西路站区间隧道是南昌轨道交通1号线穿越赣江的盾构隧道工程。该区间采用法国NFM泥水平衡盾构进行施工，盾构隧道直径6m，埋深5．4～21．5m。本工程区域地面较平坦，地面标高18～25m，属赣江冲积平原地貌单元。场地地层为人工填土（Qml）、第四系全新统冲积层（Qal4），下部为第三系新余群（Exn）基岩。按其岩性及工程特性，自上而下依次划分为：①2吹填砂、②3－2细砂、②4中砂、②5粗砂、②6砾砂及中风化泥质粉砂岩。隧道穿越区段主要为：②5粗砂、②6砾砂及⑤1－2中风化泥质粉砂岩。隧道穿越地段地下水属上层滞水、孔隙性潜水、微承压水，与赣江地表水连通，其主要赋存于表层填土及砂土、砾砂、圆砾中；深部基岩裂隙水，主要分布于第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩内；孔隙潜水主要赋存于表层填土以及第四系上更新统冲积层的砂砾石层中，基岩裂隙水主要赋存于场地第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩岩层的裂隙中，主要受上部第四系松散层中的孔隙水或微承压水补给。盾构始发时地下水位标高18．3m，穿越的砂层渗透性好，水量极为丰富，属于中等至强透水层。

2盾尾密封失效情况及失效原因分析

2．1盾尾密封失效情况秋水广场站—中山西路站区间盾构于2012年11月9日始发，14日盾尾进入洞门圈内，当日夜班采用高稠度水泥砂浆对洞门进行注浆封闭。随后，由于机械故障导致盾构停机。18日，机械故障解除后盾构开始恢复掘进，发现在第3环管片左下角（左下角同步注浆管处）出现较大的漏水、漏砂浆现象，此时刀盘里程为SK10＋997．03。当时立即采取提高油脂注入压力、加大盾尾油脂注入量等措施，盾构继续向前掘进，但漏水及漏砂现象并未解除，且有增大的趋势。现场采用了“棉砂＋木楔”的方法进行处理，仍无济于事，隔膜泵抽水量加大。根据现场情况，估计盾尾密封部分失效，存在较大风险，不宜再掘进，故对盾尾密封进行检查和修复。

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浆管、盾尾油脂管的安装位置。4道盾尾刷均是始发前新购置、安装的。从理论上分析，盾尾刷应该不会出现损坏。同时，由于对盾尾进行了改造，盾构的同步注浆管、盾尾注脂管采用外置式安装。综合以上情况，初步判定盾尾密封失效原因为：

1）同步注浆管、盾尾注脂管与盾尾刷安装钢板间存在间隙。安装完注浆管、盾尾注脂管后，安装人员未对油脂管、同步注浆管与盾壳之间以及油脂管、同步注浆管与盾尾刷基座之间的间隙进行焊接封堵，从而形成水流通道，造成盾尾泥浆通过该通道涌入盾构中。盾尾密封失效示意图如图1所示。

2）与本身具有一定隔水性的黏性地层相比，砂质地层渗透系数大，透水性强，对盾尾密封质量的要求高，盾尾密封存在的微小间隙都会成为涌水、涌砂的通道，从而导致较为严重的漏水、漏浆、漏砂现象。

3）施工人员责任心不强，管理不到位，施工时未严格执行盾尾刷焊接技术交底，封堵不到位，存在施工缺陷，从而造成盾尾密封失效。

3修复总体方案

盾构所处的富水砂层自稳能力极差，在江水压力的作用下，极易发生坍塌。盾尾密封修复过程中，盾构掌子面前方失压，同时还要拆除盾尾管片，江水会通过掌子面及盾尾进入盾构内部。因此，修复过程中要解决的核心问题是如何保证修复过程中掌子面及盾尾的封水和封砂效果。通过反复研究、分析，确定修复的总体方案如下：对泥水舱采用气压及优质泥浆封闭掌子面，保证掌子面稳定；盾尾采用水泥浆进行注浆封堵，阻止盾壳周边渗水；根据情况拆除盾尾的管片，对盾尾前2道密封腔室进行修复，修复时对密封刷与盾尾同步注浆管、油脂管及盾壳之间的间隙采用钢筋塞焊的方法进行封堵。

4施工方法及步骤

4．1推进行程的确定

根据NFM盾构的设计，其第1道和第2道密封刷可以更换，前2道密封腔可以恢复。通过对盾尾刷安装位置的反复核实与计算，确定盾构在推进油缸伸长到1．9m时，拆除盾尾1环管片，可以露出盾尾2道密封腔，第3道盾尾刷刚好露出，管片还压住1道密封腔。因此，决定盾构推进行程为1．9m。

4．2掌子面及盾壳的封水

当盾构推进油缸行程达到1．9m时，立即停止掘进，此时盾构停机刀盘里程为SK10＋999．13。首先，采用内循环将泥水舱及气垫仓的碴土循环干净；然后，把优质泥浆注入到泥水舱，泥浆的密度控制在105～1．08g／cm3，黏度控制在90～120s，注入数量为18m3；再将泥浆注入到刀盘及整个盾壳区域，气垫仓的气压加高至比理论气压值高0．02MPa，同时将泥浆渗入到地层中，形成优质泥膜，防止地层渗水进入到泥水舱或盾尾；加压8～12h后，将气垫仓的气压调整到理论压力。

4．3盾尾的封堵

打开盾尾后方第2环和第3环管片的二次注浆孔，采用同步注浆机对第2环和第3环管片背后由下而上、左右对称注入高稠度水泥砂浆。水泥砂浆稠度控制在100mm左右，用于填充管片与地层之间的间隙，并阻断管片后方地下水流向盾尾。

4．4盾尾封堵效果检查

盾尾注浆48h后，采用冲击钻将第3环管片的注浆孔打穿，直接穿透到浆液中。检查发现，管片背后注浆饱满，浆液已无流动性，只有个别地方存在从泥水舱流过来的泥浆。为了确保封堵效果，对盾尾后方第2环和第3环管片采用注水泥浆和水玻璃浆液进行封堵。共注入水泥浆和水玻璃浆液3m3。待12h后再次检查时，没有发现泥浆渗漏、渗水现象，这表明，管片背后渗水通道已经完全封堵。

4．5管片的拆除

本次盾尾密封的修复需要对该环管片全部拆除。拆除的方法是更换拼装点位，随拆随装，由原来的安装点位5点调整为3点，整个管片旋转2个点位。在拆除过程中，始终保持空缺1块管片位置，其他位置的管片与推进油缸撑紧。拆除整环管片从F块开始，再拆除L2块，然后依次拆除B3，B2，B1，L1块。管片具体拆除步骤为：先把F块管片的吊装螺栓安装好，利用管片安装机抓手抓住吊装螺栓，并用主油缸将管片抓紧，接着拆除管片环向与纵向的螺栓，然向收缩推进油缸，松开管片，利用管片拼装机的行程油缸，把F块缓慢拉出，打开管片拆除的缺口。对于其他管片的拆除，采用直接用管片拼装机顶升油缸将管片提离盾尾刷后，旋转拉出，其他步骤与F块的方法基本相同。管片拆除的注意事项：管片拆除前，提高盾尾腔中的油脂注入量，提高油脂腔的油脂压力，减少管片与盾尾刷的摩擦；在拆除F块时，管片拼装机4个角的调整顶升千斤顶与管片要相互顶紧；管片缓慢拉出时，禁止管片发生旋转，避免损坏盾尾刷。

4．6盾尾密封的检查

管片拆除后，立即对盾尾密封失效的情况进行检查。检查发现所有密封刷完整性良好，油脂腔内除盾尾同步注浆管、油脂管处有水泥浆聚集外，其余部位的油脂腔盾尾油脂完好。检查结果与盾尾密封失效原因分析结果完全一致。

4．7盾尾密封的修复

1）杂物的清理。油脂腔完全打开后，通过检查，找出问题的症结。然后，立即利用钢丝刷对同步注浆管、油脂管处的油脂、水泥浆及其他杂物进行清理，用细钢钎对管道与盾壳、管道与盾尾刷基座之间缝隙内的杂物进行彻底清理。杂物清理干净后，用柴油将其清洗，用棉砂擦干。

2）失效处的塞焊。清理完成后，利用2台电焊机，对缝隙处塞焊钢筋，进行封堵。共对4处8根同步注浆管、盾尾油脂注入管进行了塞焊封堵。塞焊位置如图3所示。焊接完成后，仔细检查所有缝隙。完全封堵后方可进行管片拼装。

4．8管片的再次安装

不同部位的盾尾密封恢复后，依次立即对该部位的管片进行再次拼装。管片的再次拼装按拆除的逆过程进行。安装时推进油缸将管片顶入盾尾时，要人工辅助将该处的盾尾刷压板下压，避免推进油缸将管片顶入盾尾时损坏盾尾刷。顶到位后，立即进行环向及纵向螺栓的安装，然后进行油脂腔盾尾油脂的注入。

5修复实施效果及施工注意事项

5．1修复效果目前该盾构已经掘进430环，没有再出现盾尾漏水、漏浆现象。本次盾尾密封修复取得了良好效果，同时为今后盾构掘进过程中盾尾密封的检查、更换、修复等积累了十分宝贵的经验。

5．2修复施工注意事项

1）盾尾密封修复是风险较高的施工工序。施工过程中，施工人员责任心要强。要安排熟悉本道工序的施工人员来进行操作，相关管理人员必须亲临现场。

2）提前对盾尾其他管片的螺栓进行复紧，避免在管片拆除过程中发生管片错台。进行盾尾密封修复前，应对管片拼装机、排污系统等进行检查，确保盾构工作正常，并提前对中盾下方的泥砂、油脂进行清理。

3）泥浆的密度、黏度及压力是保证修复过程中掌子面前方封水、封砂的关键。因此，进行修复之前，必须针对现场的富水砂质地层，进行反复试验，确定最合理的泥浆密度、黏度及压力，以保证盾尾密封修复过程中的施工安全。同时，盾尾封堵注浆参数的控制也必须针对现场实际的砂质地层，通过反复试验确定最佳参数。

4）增加临时通风设备，清除切割、焊接时产生的烟尘。盾尾刷之间的密封油脂必须清理干净。割除、塞焊时，应注意对盾尾刷的保护，防止焊渣等杂物进入尾盾内损坏密封刷。焊接人员应严格按照交底要求进行焊接，保证焊接质量。

5）管片拼装时，避免管片错台，以防止密封刷无法紧密包裹整环管片，形成浆液渗漏通道。管片拼装应由操作熟练的人员完成，保证管片拼装质量。

6）现场切割、焊接设备应远离工作点，准备足够的灭火器，并连接高压水管，加强防火措施，严防发生火灾事故。

7）作业人员应加强自我安全保护意识，不在管片安装区域停留，高处作业应佩戴安全带。进行油脂清理、涂抹油脂时，应注意防止被盾尾刷刮伤。

8）提前检查电瓶车，保证运输正常。

6结论与建议

1）在富水砂层水压不大于0．2MPa的地段，只要防止掌子面以及盾壳上方水的渗入，截断盾尾水流通道，保持合理的泥水舱泥水压力，计算好盾尾密封的位置，进行盾尾密封的检查、更换与修复是可行的。

2）盾构施工盾尾密封的检查、修复、更换是风险性极高的施工工序。施工前，一定要进行充分的论证，做好充足的准备工作，特别是针对现场的富水砂质地层，要通过试验确定掌子面泥浆及盾尾注浆的最佳参数。施工过程中，要做到仔细观察、认真分析、正确判断，尤其在拆除管片前要对盾尾的渗水情况进行充分的验证，在确保排水量达到要求后方可进行管片的拆除。

3）本次盾尾密封的失效并不是由于自然损坏或不可控制的原因造成的，而是由于安装人员没有检查到位造成的。因此，在盾构施工中，尤其在盾构始发前，要强化对盾构每个部位、每道工序的隐蔽检查与验收，对于始发后不可逆转、风险性大的工序的隐蔽检查与验收，实行双人双次的检查与签认是很有必要的。

作者：周兆勇龚学栋单位：中铁隧道集团二处有限公司