在高承壓水地層下一種新型盾構(gòu)鉸接密封滲漏修復(fù)方案

夏松林　王建　張鵬翔　周耀升

（1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢 ；2.中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，無錫 ）

1　引言

隨著我國地鐵、公路、市政工程建設(shè)的高速發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)作為一種高端的地下區(qū)間施工裝備，已經(jīng)被廣泛用于各類地下工程施工。為了提高盾構(gòu)機(jī)在曲線段施工的操作性能，將盾構(gòu)機(jī)分為前后2個部分，中間采用千斤頂有效連接，盾構(gòu)機(jī)可以進(jìn)行一定角度的擺動，即實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)的鉸接功能。鉸接千斤頂沿盾構(gòu)圓周布置，千斤頂?shù)膬啥伺c盾構(gòu)機(jī)的前中盾、后盾采用鉸銷連接，鉸銷連接處都裝有球鉸。同時，在盾構(gòu)機(jī)前中盾與后盾結(jié)合處裝有密封圈，防止地下水和泥沙侵入。2道密封圈之間注入油脂，可提高密封效果，也能延長密封圈的使用壽命。部分盾構(gòu)機(jī)還裝有應(yīng)急充氣密封圈，當(dāng)普通密封失效發(fā)生滲漏時，應(yīng)急充氣密封圈立即加壓充氣，通過氣壓抵擋外部的泥水。某越江隧道在盾構(gòu)掘進(jìn)中發(fā)生鉸接漏水漏沙事故，因應(yīng)急處理及時，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)設(shè)置的新型鉸接密封，使盾構(gòu)鉸接在較短的時間內(nèi)得到了修復(fù)。

2　區(qū)間工程概況

某地鐵越江盾構(gòu)區(qū)間左線長度為1732.111m，右線長度為1691.449m，線間距為12.0～18.7m，Z小曲線半徑350m，線路Z大坡度為29.512‰。線路中坡度大于27‰、350m小曲線半徑同時存在的線路長度占區(qū)間全線長度80%。區(qū)間Z大埋深約為41.0m，Z小埋深約為14.93m。區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)的雙線單洞隧道，襯砌環(huán)外徑6.2m，襯砌厚度 0.35m，襯砌環(huán)寬1.5m。區(qū)間左右線盾構(gòu)機(jī)在江南車站下井，發(fā)往江北車站上井，過江段長度約360m。隧道采用中鐵裝備生產(chǎn)的S-888 泥水盾構(gòu)機(jī)施工。該盾構(gòu)機(jī)設(shè)置有14個鉸接油缸，按順時針方位布置。

區(qū)間隧道穿越地層主要為3-2 粉質(zhì)黏土、3-5 粉質(zhì)土夾粉砂、4-1 粉細(xì)砂、4-1a 粉質(zhì)黏土、4-2 粉細(xì)砂、4-2b 黏土、4-3 中砂、4-4 粗砂、20a-1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖、20a-2 中等風(fēng)化泥巖、20b-1 強(qiáng)風(fēng)化破碎泥巖等。

地下水主要為松散巖類孔隙水，孔隙水分潛水和承壓水，潛水主要賦存于2-1層粉砂中，該地層分布在漢江河床表部，與漢江江水直接連通，承壓水主要賦存于3-5層粉質(zhì)黏土夾粉砂、4大層砂土層、5-1 層圓礫土中，與漢江水力聯(lián)通，水量豐富，地下水位受漢江水位變化影響波動很大，勘察期間水位埋深多在4.7～12.1m，相當(dāng)于高程17.33～20.05m，但發(fā)生滲漏時漢江水高程約27.5m。

3　應(yīng)急處置及滲漏點(diǎn)查找

隧道右線在第977環(huán)掘進(jìn)過程中，鉸接密封5、7點(diǎn)鐘位置出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，水量較小。圖1為鉸接細(xì)部注脂孔位圖，通過在C孔注入盾尾油脂，D孔注入聚氨酯，漏水情況得到控制，停機(jī)檢查相關(guān)參數(shù)后恢復(fù)掘進(jìn)。在第978環(huán)剛開始推進(jìn)時，鉸接密封5、7點(diǎn)鐘位置再次漏水，并出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，指揮中心下令盾構(gòu)立即停機(jī)，啟動應(yīng)急預(yù)案：通過對C孔注入盾尾油脂，D孔注入聚氨酯（見圖1）。

在底部鉸接滲漏位置鋪放棉紗、棉被，并堆壓大量沙袋，同時降低泥水倉壓力。漏漿現(xiàn)象很快消失，漏水點(diǎn)也很快得到封堵，從鉸接密封再次滲漏到止住漏水僅用2h。

盾構(gòu)機(jī)停機(jī)處垂直面位于坡度29.512‰上坡段，水平面位于350m圓曲線上。停機(jī)位置埋深約30m（盾構(gòu)機(jī)底部），漢江江水比地面高約5m。地層從上到下分別為：雜填土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉砂，隧道洞身位于4-1、4-2全斷面粉細(xì)砂層。在盾構(gòu)機(jī)設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定后，經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)位于盾構(gòu)機(jī)底部附近的6號鉸接油缸處與8號鉸接油缸處的鉸接密封出現(xiàn)損壞：6號鉸接油缸密封對接處局部斷開，并從擋板底部漏出，8號鉸接油缸位置擋板彎曲變形，鉸接密封從擋板變形處漏出。

4　鉸接修復(fù)

由于本臺盾構(gòu)機(jī)使用了一種新型鉸接密封，在盾構(gòu)機(jī)2道常用的聚氨酯指型密封的前端增加了一道橡膠密封+緊定螺釘組成的應(yīng)急密封（見圖2）。

針對新型鉸接密封的修復(fù)，項目組制訂了詳細(xì)的指導(dǎo)方案，修復(fù)過程如下：

1）首先拆除鉸接油缸鉸接密封處前端內(nèi)六角螺栓，觀察是否有油脂或泥漿漏出，并確認(rèn)聚氨酯封堵的效果。拆除鉸接油缸，并且在鉸接油缸2個連接支撐座上加焊拉板。

2）現(xiàn)場的應(yīng)急物資、設(shè)備到位后，松掉密封擋板前部六角頭螺栓，觀察油脂或泥漿泄露狀況，如無泄露，將拆除密封擋板（見圖3）。

3）清理拆除的鉸接密封，在5～7點(diǎn)鐘位置的鉸接環(huán)前部塞入涂抹有盾尾油脂的棉紗，對鉸接進(jìn)行多重密封。對受損隱患部位密封切除后重新進(jìn)行黏結(jié)，并在黏結(jié)后進(jìn)行等強(qiáng)確認(rèn)。將鉸接密封安裝到位，然后安裝擋板及六角頭螺栓。

4）在密封對接位置的擋板處焊接“7”型鋼板，防止擋板被擠變形，必要時在鉸接油缸耳板處焊接拉板，鎖死鉸接行程（見圖4）。

5　修復(fù)效果

鉸接密封修復(fù)完畢后，經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員檢查確認(rèn)，修復(fù)后的密封狀況滿足后續(xù)施工要求。在剩余220.5m隧道的掘進(jìn)過程中再未發(fā)生盾構(gòu)鉸接漏水、漏漿等密封失效狀況。

6　結(jié)語

目前，我國已成為世界Z大的盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)基地和應(yīng)用盾構(gòu)開挖隧道Z多的國家。施工中盾構(gòu)機(jī)鉸接密封失效的險情時有發(fā)生，盾構(gòu)機(jī)鉸接密封裝置的可靠性及施工過程中的可應(yīng)急維修性值得高度關(guān)注。結(jié)合本工程實(shí)例，有以下建議：

1）在常用的2道聚氨酯指型密封前端增加一道橡膠密封+緊定螺釘組成的應(yīng)急密封裝置對鉸接密封效果有一定的增強(qiáng)作用。在鉸接修復(fù)時應(yīng)急密封裝置可作為檢查口，也可作為修復(fù)后密封的重要組成。因此，新增加的一道橡膠密封+緊定螺釘?shù)膽?yīng)急密封的設(shè)計有一定的可行性。

2）在盾構(gòu)隧道線路設(shè)計中，宜結(jié)合地質(zhì)勘察報告，充分考慮長距離、大坡度、小曲線半徑并存時盾構(gòu)掘進(jìn)的風(fēng)險。盾構(gòu)設(shè)備設(shè)計、選型時應(yīng)對關(guān)鍵易損構(gòu)件做重點(diǎn)設(shè)計，確保在施工過程中的易損構(gòu)件的耐久性，同時可應(yīng)急維修。

3）在越江等高承壓水地層盾構(gòu)隧道施工中，應(yīng)對出渣口噴涌、鉸接密封滲漏、盾尾漏漿等重大易造成災(zāi)難性后果的風(fēng)險源做好應(yīng)急方案。

（來源：工程建設(shè)與設(shè)計）

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