盾構(gòu)隧道滲漏水原因分析及處理措施

1、盾構(gòu)隧道滲漏水分析及處理措施王 峰 蔡 珍（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 無錫地鐵2號線13標駐地監(jiān)理部郵編：214000）摘  要：基于無錫地鐵2號線1期工程，探討盾構(gòu)隧道滲漏水分析及處理措施，同時綜合國內(nèi)其他城市地鐵盾構(gòu)法隧道施工特點，總結(jié)出一定的經(jīng)驗和認識，以供類似工程施工借鑒。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；滲漏水；堵漏盾構(gòu)隧道滲漏水是一種盾構(gòu)隧道施工過程中常見的施工質(zhì)量問題。無錫地鐵2號線是無錫首次穿越地裂縫的軌道交通線，影響工程施工的地下水主要是潛水、微承壓水及第承壓水。無錫地鐵2號線土建工程13標包含兩站兩區(qū)間：張巷站、大王基站、張巷站河埒口站區(qū)間、河埒口站大王基站區(qū)間，本文以張巷站河埒

2、口站右線盾構(gòu)區(qū)間為例。1 張巷站河埒口站盾構(gòu)區(qū)間工程簡介本區(qū)間設(shè)計范圍：張巷站河埒口站區(qū)間左線起終點里程為ZSK3+385.985ZSK4+217.6814，左線短鏈1.214m，左線長830.4824m；右線起終點里程為YSK3+385.985YSK4+217.6814，長鏈0.280m，右線長831.9764），左右線全長1662.4588單線米，包含盾構(gòu)區(qū)間隧道主體部分、聯(lián)絡通道兼泵房。本區(qū)間呈東西走向，隧道出張巷站后沿梁溪路前行進入河埒口站，區(qū)間右線存在兩處R=600m平面曲線。區(qū)間縱斷面為V字型節(jié)能坡，右線分別以2、24和4.98坡度下坡至區(qū)間隧道中間最低點，然后分別以20、2坡度上

3、坡至張巷站。區(qū)間埋深9.6716.04m。設(shè)一處聯(lián)絡通道兼廢水泵房，中心里程為YSK4+882.454（ZSK4+877.756）。盾構(gòu)管片環(huán)外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，壁厚0.35m，環(huán)寬1.2m，管片共計694環(huán)，混凝土強度等級C50，抗?jié)B等級P10。張巷站河埒口站區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越土層全部是6-1粘土層，其主要特征：灰黃色，硬塑，含鐵錳結(jié)核。切面有光澤，干強度及韌性高，無搖震反應。本工程區(qū)間為盾構(gòu)法施工，區(qū)間內(nèi)無地表水，影響工程施工的地下水主要是潛水、微承壓水及第承壓水。道路兩側(cè)填土層有少量潛水，主要接受大氣降水的入滲補給?？辈炱陂g，潛水穩(wěn)定水位埋深1.00m，相應標高2.452.60m，

4、年變幅2.0m左右。微承壓水賦存于(3)3層粉土夾粉質(zhì)粘土中，該層僅局部揭露，勘察期間穩(wěn)定水位標高1.80m。微承壓水水位與潛水位動態(tài)特征一致，受控于大氣降水和地表水及上部潛水，但變幅較潛水位小，年變幅1.50m左右，水位高峰值出現(xiàn)在豐水期的78月份，標高一般在1.702.00m，低峰值出現(xiàn)在枯水期，標高在0.62m左右。第1承壓水賦存于(7)2層粉土中，勘察期間實測其地下水位穩(wěn)定水位埋深7.10m，相應標高在-2.90m，年變幅1.20m左右。根據(jù)本次勘察資料及歷史水文地質(zhì)資料，本場地歷史最高水位為：潛水3.00m，微承壓水2.00m，第1承壓水-2.00m。近35年潛水位標高1.803.0

5、0m。本工程區(qū)間內(nèi)地下水和土對混凝土及混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。2 滲漏水情況說明張巷站河埒口站盾構(gòu)區(qū)間由于控制不當及施工環(huán)境影響，始發(fā)后350環(huán)內(nèi)盾構(gòu)隧道出現(xiàn)大量滲漏水管片。盾構(gòu)管片滲漏水的幾種形式如下： 圖1 環(huán)縫滲漏 圖2 縱縫滲漏 圖3 管片螺栓處滲漏 圖4 吊裝孔滲漏3 原因分析根據(jù)現(xiàn)場記錄和現(xiàn)場觀察總結(jié)，其分析造成滲漏的可能原因如下：3.1管片自身質(zhì)量缺陷在管片生產(chǎn)過程中，設(shè)置密封墊的溝槽部位混凝土不密實有水泡、氣泡等缺陷，管片拼裝完成后，水從繞過密封墊，從水泡、氣泡孔處滲漏進來。3.2管片止水條脫落在拼裝過程中，管片發(fā)生了碰撞，使止水條脫落或斷裂，使密封墊沒有形成閉合的防水圈。3

6、.3管片襯背注漿不飽滿管片襯背注漿不飽滿，若管片密封條貼合不密實，管片頂部積水，使密封墊壓實比較薄弱的地方產(chǎn)生滲漏。3.4盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好，影響到管片的拼裝質(zhì)量，造成管片間錯位，相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊，從而引起漏水；3.5掘進過程中推力不均勻掘進過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水；在掘進困難時推力過大也會造成管片產(chǎn)生裂紋而滲漏水。3.6管片拼裝質(zhì)量控制不嚴格管片存在泥土等雜物未清理導致拼裝出現(xiàn)空隙形成漏水；拼裝K塊時，K塊密封條損壞，造成滲漏水；管片螺栓緊固不到位，造成管片防水沒有壓實造成滲水，或管片螺栓緊固過早，導致管片整體未壓

7、實。3.7轉(zhuǎn)彎處轉(zhuǎn)彎環(huán)選型不準確在水平方向上存在曲線的路線上，曲線內(nèi)徑與外徑所存在的長度差即是管片左右側(cè)存在的楔形總量，如果轉(zhuǎn)彎環(huán)拼裝數(shù)量不足或過多，造成管片楔形總量少于或超過曲線內(nèi)外徑實際差值，就會造成管片間隙，使相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊，從而引起漏水。3.8盾構(gòu)前進反力不足盾構(gòu)前進反力不足，易導致管片接縫不嚴，致使管片滲漏。此種狀態(tài)主要出現(xiàn)在始發(fā)及到達掘進階段，正面無土壓力或土壓力較小情況下，盾構(gòu)前進阻力所提供的反力遠小于管片止水膠條所需的擠壓力，從而易產(chǎn)生因反力不足而導致管片止水膠條擠壓不實，影響管片止水條的防水性能，造成管片接縫滲漏。3.9管片上浮或側(cè)移，管片與隧道初支間空隙較大

8、且不均勻，注漿時操作難度大，而且填充效果差，從而導致頂部回填注漿難以密實，極易發(fā)生管片上浮或側(cè)移，造成管片破損，引起管片滲漏。4 預防措施4.1針對管片存在的水泡、氣泡等缺陷問題，加強生產(chǎn)控制、出場驗收和進場驗收。管片生產(chǎn)過程中安排專人駐廠質(zhì)量把關(guān)，把缺陷控制在源頭；出廠時對管片再次驗收，及時對存在的不可避免的缺陷進行修復，同時注意吊裝過程中對管片的損傷。進場管片嚴格把關(guān)，同時會同監(jiān)理共同驗收，實現(xiàn)管片“零缺陷”。4.2管片拼裝前對拼裝工人進行交底，過程中加強對管片的精細操作避免管片碰撞，管片在轉(zhuǎn)運過程中必須墊方木，避免管片在下方時碰角，一旦發(fā)現(xiàn)止水條斷裂或脫落及時更換，保證拼裝管片的質(zhì)量符合

9、防水的要求。4.3加強同步注漿控制(1)在漿液性能的選擇上應該保證漿液的充填性、初凝時間與早期強度、限定范圍防止流失(漿液的稠度)的有機結(jié)合，才能保證隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構(gòu)造物。盾構(gòu)隧道襯背注漿的漿液配比應進行動態(tài)管理，依據(jù)不同地質(zhì)、水文、隧道埋深等情況的變化而不斷調(diào)整漿液性能，以控制地表的沉降和保證管片的穩(wěn)定，保證管片的防水效果。(2)在同步注漿過程中合理掌握注漿壓力，使注漿量、注漿速度與推進速度等施工參數(shù)形成最佳的參數(shù)匹配。管片注入口處的注入壓力經(jīng)過試驗段的摸索最佳值為0203MPa，并應參考覆蓋土的厚度、地下水的壓力及管片的強度進行設(shè)定。如果設(shè)定值太大會導致管片破壞，造成漿

10、液的外溢。(3)背后注漿的最佳注入時期，應在盾構(gòu)機推進的同時或者推進后立即注入，注入的宗旨是必須完全填充尾隙。(4)注入量必須能很好地填充尾隙?？紤]背后注漿量受土體中的滲透、泄漏損失(漿液流到注入?yún)^(qū)域之外)、超挖、背后漿液的種類等多種因素的影響，經(jīng)過試驗段的摸索，注入量為理論空隙量的150170，即3.2方3.6方為宜。同步注漿采用壓力和注漿量雙控指標，應采用盡量大的壓力保證最大的注漿量，填充密實尾隙，從而保證防水第一道防線的質(zhì)量。4.4盾構(gòu)機姿態(tài)控制措施盾構(gòu)隧道線形管理原理是通過一套測量系統(tǒng)，隨時掌握正在掘進中盾構(gòu)機的位置和姿態(tài)，并通過計算機將盾構(gòu)機的實際位置和姿態(tài)與設(shè)計軸線進行比較，找出偏

11、差數(shù)值后調(diào)整盾構(gòu)機千斤頂?shù)哪Ｊ?，使盾?gòu)機前進曲線和設(shè)計軸線盡可能接近。（1）盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)的特點使其安裝具有一定的慣性，如果盾構(gòu)機掘進軌跡曲度過大，那么盾尾軌跡就會與管片軌跡相交，從而造成了以下兩個嚴重問題：管片無法順利地安裝，只能放松管片間的連接螺栓或加墊片來解決問題，從而增加了錯臺和漏水的可能；管片迎水面在脫出盾尾時被盾殼擠壓，使得管片環(huán)向變形和前后錯臺，更為嚴重的是盾尾被破壞而失去防水功能。（2）因此糾偏過程中應盡量保持盾構(gòu)機姿態(tài)不會有突變，運動軌跡應盡量平順。盾構(gòu)機掘進姿態(tài)調(diào)整與糾偏應掌握下面幾個原則：盾尾間隙控制為主，趨勢控制為次，線形控制為輔；在掘進過程中一次糾偏量不能過大，即油缸行

12、程差不能過大，應控制在60mm左右。4.5盾構(gòu)掘進參數(shù)是盾構(gòu)機線路控制的關(guān)鍵，其中尤其要加強掘進過程中推力控制，因為掘進過程中盾構(gòu)機的推進是靠千斤頂?shù)耐屏崿F(xiàn)的，方向控制也主要由推進千斤頂?shù)木幗M壓力差來實現(xiàn)，即F上下或F左右。掘進過程中嚴禁急糾甚至“蛇形糾偏”，避免F上下或F左右過大造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水；在掘進困難時可適當考慮開啟超挖刀或仿形刀進行超挖作業(yè)，避免推力過大造成管片產(chǎn)生裂紋而滲漏水。4.6規(guī)范化管片拼裝，嚴格控制質(zhì)量(1)拼裝前首先應對盾尾雜物進行清理，如果有漏水現(xiàn)象必須補打盾尾油脂止水，在保證盾尾無雜物、無積水的情況下才能開始安裝管片。(2)利用盾構(gòu)

13、機的升降千斤頂把管片吊入，再利用滑動千斤頂進行軸向移動，伸出支護千斤頂進行管片位置的矯正。(3)進行旋轉(zhuǎn)、升降、滑動、壓平操作。管片拼裝應遵循由下至上、左右交叉、最后封頂?shù)捻樞?，應盡量調(diào)校管片位置與上環(huán)管片平順，螺栓孔位置對正，螺栓穿插容易。用拼裝機拼裝旋轉(zhuǎn)調(diào)整時，用遙控裝置操作時不得使用高速按鍵，并注意掌握使用按鍵的力度和持續(xù)時間，防止移動速度太快、擺動大、移動超限及被裝管片與已裝管片發(fā)生撞擊。作業(yè)人員應跟隨管片拼裝位置站位控制，盡量選擇清晰的角度拼裝管片，嚴禁站在盾構(gòu)機頭下方操作遙控器拼裝上部管片。(4)封頂塊安裝前應對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推；封頂塊安

14、裝到位后，應及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片，頂推力應大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開管片安裝機。(5)及時進行管片三次復緊，管片安裝完后，推進30cm50cm后進行螺栓初次緊固，每推進三環(huán)之后對管片進行再次緊固，在管片環(huán)脫出盾尾后對管片連接螺栓進行三次緊固。(6)管片安裝質(zhì)量應以滿足設(shè)計要求的隧道軸線偏差和有關(guān)規(guī)范要求的橢圓度及環(huán)、縱縫錯臺標準進行控制。 (7)在管片拼裝過程中，必須嚴格控制管片拼裝的垂直度、整圓度、擰緊螺栓的扭矩以及在曲線地段和修正蛇行時楔形管片的拼裝位置，防止接縫張開漏水。4.7在盾構(gòu)始發(fā)掘進前，應根據(jù)線路情況對盾構(gòu)區(qū)間管片選型進行排版，對管片生產(chǎn)、儲備和掘進中管片選型

15、進行指導。在水平方向上存在曲線的路線上，根據(jù)曲線內(nèi)徑與外徑長度差的楔形總量拼裝數(shù)量合適的轉(zhuǎn)彎環(huán)，使相鄰管片止水帶正常吻合壓緊。4.8盾構(gòu)前進反力不足情況下，應在管片安裝完成后及時做好三次復緊工作，特殊情況下可通過加設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，為盾構(gòu)機空推提供反力，盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，都從刀盤開口伸出4個支撐頂在隧道初支上提供反力，使盾構(gòu)機推進千斤頂總推力達到300500T，管片壓緊擰緊螺栓，收回支撐臂，然后恢復盾構(gòu)掘進。4.9管片上浮或側(cè)移，主要由于管片與隧道初支間空隙較大且不均勻(1) 應加強管片注漿管理，在同步注漿過程中合理掌握注漿壓力，使注漿量、注漿速度與推進速度等施工參數(shù)形成最佳的參數(shù)匹配，及時進行二次

16、補注漿，使?jié){液能有效填充管片與土體間間隙。（2）一旦出現(xiàn)管片上浮或側(cè)移，在管片上浮或側(cè)移處，通過打穿管片吊裝孔，打入注漿管進行二次補充注漿，迅速填充管片背后或上部間隙，阻止管片上浮和側(cè)移。（3）為了預防管片上浮，管片脫出盾尾之后，可在吊裝孔部位對下部漿液進行注水沖刷，在上部注入添加速凝劑的漿液進行糾偏。5 堵漏措施針對出現(xiàn)的漏水形式分別采用以下措施進行堵漏。5.1二次補漿對存在漏水的管片首先進行二次補漿，二次補漿能夠在根本上堵住滲水通道二次補漿首先采用單液漿，注漿壓力控制在0.40.5mpa，注漿量以能注入為準。觀察堵漏效果，效果不明顯后注雙液漿，注漿壓力可以稍微提高。5.2環(huán)縱縫注漿堵漏5.2.1環(huán)縱縫漏水處理當二次補漿后環(huán)縱縫仍然存在漏水時，采用注漿進行封堵。注漿措施如下：對環(huán)向縫和縱向縫全部采用快干高強度砂漿（含環(huán)氧類成分）封閉，為后面灌漿做準備，封閉的時候向內(nèi)凹進去1-2厘米深的弧形；再在漏水縫上垂直鉆孔到止水條處，鉆孔間距每米2-3個，同時裝上專用注漿嘴，用高壓灌漿設(shè)備向接縫內(nèi)灌漿，漿料優(yōu)先采用環(huán)氧樹脂，灌漿壓力控制在40公斤左右，以壓滿整個接縫為準。5.2.2管片緊固螺絲孔滲漏清理干凈螺絲孔表面的污染物，找出滲漏的位置