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在高承压水地层下一种新型盾构铰接密封渗漏修复方案

夏松林 ,王建,张鹏翔,周耀升
(1.武汉地铁集团有限公司,武汉 430000;2.中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司,江苏 无锡 214100)
1 引言
  随着我国地铁、公路、市政工程建设的高速发展,盾构机作为一种高端的地下区间施工装备,已经被广泛用于各类地下工程施工。为了提高盾构机在曲线段施工的操作性能,将盾构机分为前后2个部分,中间采用千斤顶有效连接,盾构机可以进行一定角度的摆动,即实现了盾构的铰接功能。铰接千斤顶沿盾构圆周布置,千斤顶的两端与盾构机的前中盾、后盾采用铰销连接,铰销连接处都装有球铰。同时,在盾构机前中盾与后盾结合处装有密封圈,防止地下水和泥沙侵入。2道密封圈之间注入油脂,可提高密封效果,也能延长密封圈的使用寿命。部分盾构机还装有应急充气密封圈,当普通密封失效发生渗漏时,应急充气密封圈立即加压充气,通过气压抵挡外部的泥水。某越江隧道在盾构掘进中发生铰接漏水漏沙事故,因应急处理及时,结合盾构机设置的新型铰接密封,使盾构铰接在较短的时间内得到了修复。
2 区间工程概况
  某地铁越江盾构区间左线长度为1732.111m,右线长度为1691.449m,线间距为12.0~18.7m,最小曲线半径350m,线路最大坡度为29.512‰。线路中坡度大于27‰、350m小曲线半径同时存在的线路长度占区间全线长度80%。区间最大埋深约为41.0m,最小埋深约为14.93m。区间为标准的双线单洞隧道,衬砌环外径6.2m,衬砌厚度 0.35m,衬砌环宽1.5m。区间左右线盾构机在江南车站下井,发往江北车站上井,过江段长度约360m。隧道采用中铁装备生产的S-888 泥水盾构机施工。该盾构机设置有14个铰接油缸,按顺时针方位布置。
  区间隧道穿越地层主要为3-2 粉质黏土、3-5 粉质
土夹粉砂、4-1 粉细砂、4-1a 粉质黏土、4-2 粉细砂、4-2b 黏土、4-3 中砂、4-4 粗砂、20a-1 强风化泥岩、20a-2 中等风化泥岩、20b-1 强风化破碎泥岩等。
  地下水主要为松散岩类孔隙水,孔隙水分潜水和承压水,潜水主要赋存于2-1层粉砂中,该地层分布在汉江河床表部,与汉江江水直接连通,承压水主要赋存于3-5层粉质黏土夹粉砂、4大层砂土层、5-1 层圆砾土中,与汉江水力联通,水量丰富,地下水位受汉江水位变化影响波动很大,勘察期间水位埋深多在4.7~12.1m,相当于高程17.33~20.05m,但发生渗漏时汉江水高程约 27.5m。
3 应急处置及渗漏点查找
  隧道右线在第977环掘进过程中,铰接密封5、7点钟位置出现漏水现象,水量较小。图1为铰接细部注脂孔位图,通过在C孔注入盾尾油脂,D孔注入聚氨酯,漏水情况得到控制,停机检查相关参数后恢复掘进。在第978环刚开始推进时,铰接密封5、7点钟位置再次漏水,并出现漏浆现象,指挥中心下令盾构立即停机,启动应急预案:通过对C孔注入盾尾油脂,D孔注入聚氨酯(见图1)。
  在底部铰接渗漏位置铺放棉纱、棉被,并堆压大量沙袋,同时降低泥水仓压力。漏浆现象很快消失,漏水点也很快得到封堵,从铰接密封再次渗漏到止住漏水仅用2h。
  盾构机停机处垂直面位于坡度29.512‰上坡段,水平面位于350m圆曲线上。停机位置埋深约30m(盾构机底部),汉江江水比地面高约5m。地层从上到下分别为:杂填土、黏土、粉质黏土、粉质黏土夹粉砂,隧道洞身位于4-1、4-2全断面粉细砂层。在盾构机设备状态稳定后,经排查,发现位于盾构机底部附近的6号铰接油缸处与8号铰接油缸处的铰接密封出现损坏:6号铰接油缸密封对接处局部断开,并从挡板底部漏出,8号铰接油缸位置挡板弯曲变形,铰接密封从挡板变形处漏出。
4 铰接修复
  由于本台盾构机使用了一种新型铰接密封,在盾构机2道常用的聚氨酯指型密封的前端增加了一道橡胶密封+紧定螺钉组成的应急密封(见图 2)。
 
  针对新型铰接密封的修复,项目组制订了详细的指导方案,修复过程如下:
  1)首先拆除铰接油缸铰接密封处前端内六角螺栓,观察是否有油脂或泥浆漏出,并确认聚氨酯封堵的效果。拆除铰接油缸,并且在铰接油缸2个连接支撑座上加焊拉板。
  2)现场的应急物资、设备到位后,松掉密封挡板前部六角头螺栓,观察油脂或泥浆泄露状况,如无泄露,将拆除密封挡板(见图3)。
  3)清理拆除的铰接密封,在5~7点钟位置的铰接环前部塞入涂抹有盾尾油脂的棉纱,对铰接进行多重密封。对受损隐患部位密封切除后重新进行黏结,并在黏结后进行等强确认。将铰接密封安装到位,然后安装挡板及六角头螺栓。
  4)在密封对接位置的挡板处焊接“7”型钢板,防止挡板被挤变形,必要时在铰接油缸耳板处焊接拉板,锁死铰接行程(见图4)。
5 修复效果
  铰接密封修复完毕后,经相关技术人员检查确认,修复后的密封状况满足后续施工要求。在剩余220.5m隧道的掘进过程中再未发生盾构铰接漏水、漏浆等密封失效状况。
6 结语
  目前,我国已成为世界最大的盾构机产业基地和应用盾构开挖隧道最多的国家。施工中盾构机铰接密封失效的险情时有发生,盾构机铰接密封装置的可靠性及施工过程中的可应急维修性值得高度关注。结合本工程实例,有以下建议:
  1)在常用的2道聚氨酯指型密封前端增加一道橡胶密封+紧定螺钉组成的应急密封装置对铰接密封效果有一定的增强作用。在铰接修复时应急密封装置可作为检查口,也可作为修复后密封的重要组成。因此,新增加的一道橡胶密封+紧定螺钉的应急密封的设计有一定的可行性。
  2)在盾构隧道线路设计中,宜结合地质勘察报告,充分考虑长距离、大坡度、小曲线半径并存时盾构掘进的风险。盾构设备设计、选型时应对关键易损构件做重点设计,确保在施工过程中的易损构件的耐久性,同时可应急维修。
  3)在越江等高承压水地层盾构隧道施工中,应对出渣口喷涌、铰接密封渗漏、盾尾漏浆等重大易造成灾难性后果的风险源做好应急方案。 

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