海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的原因分析及对策
摘要：结合深圳地铁罗宝线⼟建六标区间隧道的施⼯，详细介绍海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的常见原因和处理⽅法，盾构机盾尾漏浆涉及到盾构施⼯的注浆压⼒、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾油脂、管⽚拼装等多种因素，该⼯程中盾构机盾尾漏浆的主要原因是由于管⽚拼装变形和错台⽽在管⽚纵缝处形成了漏浆通道，采⽤在每块管⽚两头⽌⽔条下部粘贴海绵条封堵漏浆管道，取得了较好效果。 ⼀、⼯程概况
深圳地铁罗宝线⼟建六标有2个区间，即新安站—宝安中⼼站和宝安中⼼站—宝体公园站，单线总长1315.188m。区间最⼤埋深15.91m，最⼩埋深10.86m。隧道主要穿过砂层、粉质黏⼟、砂质黏⼟、砾质黏⼟层。隧道顶多在砂层范围，基础底主要落在黏性⼟上，部分在全风化花岗岩上。盾构区间圆形隧道外径6m，内径5.4m，管⽚宽1.5m，厚300mm。管⽚分割数
是“3+2+1”，即每环3个标准块A1、A2、A3，2个邻接块分别为B、C型，1个封顶块为K块。采⽤2台海瑞克公司⽣产的EPB 6250mm盾构机在左右线分别进⾏隧道掘进施⼯。在施⼯中右线盾构机掘进到4环时
开始同步注浆，发现盾尾多处漏浆，掘进到20环时漏浆严重，注浆压⼒很低，注浆量也很少。后利⽤海绵堵塞盾尾漏浆处，掘进到36环时停机检查更换2道盾尾刷中的部分损坏的盾尾刷后，仍然漏浆严重。由于盾尾的漏浆使注浆
量不⾜，注浆压⼒偏低，地表沉降超限，影响了施⼯进度和施⼯质量。经过认真分析和查原因，采取了切实可⾏的措施，有效地解决了盾尾漏浆的问题，保证了⼯程顺利进⾏。
⼆、盾构机盾尾注浆系统和盾尾密封系统的结构
盾构机盾尾密封及注浆结构⽰意如图1所⽰。从图1可以看出，盾尾有3道密封刷，盾尾密封刷之间的间隙通过注⼊盾尾密封油脂，保证盾尾管⽚背后同步注浆的浆液不会从管⽚和盾构机之间的间隙漏出，同时防⽌地下⽔渗漏到盾构机内。如果盾尾刷损坏，导致盾尾漏浆，地表下沉严重，同时地下⽔流⼊隧道，后果将不堪设想。 智能防盗窗
图1盾构密封及注浆结构⽰意
三、盾尾注浆的⽬的及分类
压缩胶囊1、注浆⽬的
1.1控制地层变形
由于盾构机⼑盘的开挖直径⼤于管⽚外径，管⽚拼装完毕并脱出盾尾后，与⼟体间形成⼀个环形间隙，简称盾尾间隙(图2)。盾尾间隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地表、建(构)筑物沉降或隧道本⾝偏移。盾尾注浆的最重要⽬的就是及时填充盾尾间隙，防⽌因盾尾间隙的存在导致地层发⽣较⼤变形。盾尾脱离管⽚后，⼟体与管⽚存在着间隙，此时浆液迅速及时填充空隙，可⼤⼤减⼩⼟
层的移动，从⽽减少地表的变形。
预制箱梁图2管⽚和成洞洞体间隙⽰意(单位：mm )
1.2提⾼隧道的抗渗性
盾尾注浆液凝固后，⼀般都有⼀定抗渗性能，可作为隧道的第⼀道⽌⽔防线，从⽽提⾼隧道抗渗性能。
1.3确保隧道的稳定性
盾构法隧道是⼀种管⽚衬砌与围岩共同作⽤的结构稳定的构造物，管⽚背⾯空隙均匀密实地注⼊、填充浆液是确保⼟压⼒均匀作⽤的前提条件。具备⼀定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙，可确保管⽚衬砌的早期和后期稳定性。
2、注浆系统分类
2.1根据注浆与盾构掘进的关系，从时效性上可将盾尾注浆分为三⼤类
(1)同步注浆
盾尾间隙形成的同时，⽴即注浆，使浆液即时填充盾尾间隙。
(2)及时注浆
掘进1环或数环后，盾尾已存在⼤量间隙空间，才对盾尾间隙进⾏注浆。这种注浆⽅式由于不能迅速对盾尾间隙进⾏填充，增⼤了对⼟体的扰动性，不利于地⾯沉降控制，⽽且由于早期管⽚脱出盾尾后
处于悬空状态，受⼒状态较差，容易发⽣错台。因此，该⽅式仅在地质情况良好、对地表沉降要求较低时才能使⽤。
(3)⼆次注浆
⼀次注浆效果不理想时，需要通过⼆次注浆对前期注浆进⾏补充。⼀般在隧道发⽣偏移、地表沉降异常时或在⼀些特殊地段(盾构进出站、联络通道附近)使⽤。
2.2根据注浆的位置不同，可将盾构注浆⽅式分为两⼤类
(1)通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆
如图1所⽰，这种注浆⽅式⼤多采⽤同步注浆。注浆管的埋设形式有2种，可分为内凹式和外凸式，如图3所⽰。2种不同形式主要是从盾构机设计上考虑的。外凸式注浆管减⼩了盾尾内部的占⽤空间，可⼀定程度地减⼩盾构外径，从⽽减⼩盾尾间隙，有利于减⼩⼟体扰动和控制掘进过程的地⾯沉降。但
由于盾壳的⾮圆性，不利于盾构进、出洞，且在较硬⼟层容易磨损，⼀旦磨损后⽆法修复。⽽内凹式注浆管则在⼀定程度上增⼤了盾构外径和盾尾间隙，相对⽽⾔，增加了盾构掘进过程对周围⼟体的扰动，但由于不易磨损，其地层适应性更为⼴泛。
(2)通过管⽚上的注浆孔注浆如图4所⽰虹吸式屋面雨水排放系统
这种注浆⽅式既可进⾏同步注浆，也可进⾏及时注浆和⼆次注浆。
图3注浆管布置形式
图4通过管⽚注浆孔注浆
3、注浆液的选择
3.1尾注浆浆液分类
(1)单液浆
由粉煤灰、砂、⽔泥、⽔、外加剂等在搅拌机中⼀次拌和⽽成，这种浆液⼜可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加⽔泥等凝胶物质，早期强度和后期强度均很低的浆液。⽽硬性浆液即在浆液中掺加了⽔泥等凝胶物质，具备⼀定早期强度和后期强度的浆液。对于惰性浆液，浆液强度、初凝时间、泵送性能和含⽔量密切相关，含⽔量⼤，则强度低，泵送性好，含⽔量少，则反之；对于硬性浆液，浆液强度、初凝时间、泵送性能和⽔灰⽐密切相关，⽔灰⽐⾼，则强度低，泵送性好，⽔
灰⽐低，则反之。
(2)双液浆
双液浆为由⽔泥砂浆等搅拌成的A液与由⽔玻璃等组成的B液混合⽽成的浆液。双液浆⼜可根据初凝时间不同分为缓结型(初凝时间30-60s)和瞬凝型(初凝时间<20 s)。胶凝时间越长，越容易发⽣向⼟仓泄
漏和向⼟体内流失的情况，限定范围的填充越困难，⽽且在没有初凝前，容易被地下⽔稀释，产⽣材料分离，因此，⽬前多采⽤瞬凝型浆液注浆。但胶凝时间过短，也会造成注⼊还没结束，浆液便失去了流动性，导致填充效果不佳。
3.2浆液的应⽤
作为盾构注浆浆液，必须具备良好的和易性，不易离析、不易被地下⽔稀释，且要有⼀定的早期强度，浆液硬化后收缩率和渗透系数⼩，⽆公害。单液浆由于其施⼯⼯艺简单、易于控制、不易堵管等优点，较⼴泛地应⽤于盾尾同步注浆系统。其中惰性浆液初凝时间长，制备成本低，在长江三⾓洲软弱地层为主的地区应⽤较为⼴泛，但由于其强度较低，不利于隧道衬砌的早期稳定。⽽硬性浆液制备成本相对较⾼，初凝时间⼀般在12-16 h，早期具有⼀定强度，对于隧道衬砌的稳定较为有利，在珠江三⾓洲地区地铁施⼯中，⼀般采⽤硬性浆液。双液浆施⼯⼯艺相对复杂，制备成本⾼，但浆液初凝时间短、凝固后强度较⾼，对隧道稳定较为有利，适⽤于各种地层的盾构施⼯，尤其是在断裂带、极软⼟层需要进⾏特殊处理的地段，采⽤双液浆是最佳之选。音箱制作
四、引起盾尾漏浆原因分析
1、盾构机始发前盾尾刷的油脂涂抹
盾构机始发前要在盾尾刷钢丝内涂抹WR90油脂，涂抹标准为尾刷每根钢丝上要沾满油脂。如果涂抹不到位，会影响尾刷的密封效果，严重时漏浆。⼀般要涂抹WR90油脂4桶左右。
2、盾构机的姿态
盾构机的姿态调整时纠偏量不能太⼤，⼀般1m纠偏量为5mm，纠偏过量容易使盾构机出现“蛇形”前进现象，致使盾尾间隙⼀边⼤⼀边⼩，间隙⼤的⼀边容易漏浆。盾尾间隙⼀般不⼩于35cm。如果⼩于35cm(标准是75cm)容易挤坏盾尾刷，造成尾刷钢丝超过其弹性变形，⽌浆失效⽽漏浆。
3、注浆压⼒
注浆压⼒不能超过盾尾刷的最⼤承载压⼒0.5MPa。在PLC上设定注浆最⼤压⼒时要根据地层的⽔⼟压⼒计算来确定注浆压⼒。如果注浆压⼒过⼩，克服不了⽔⼟压⼒注浆注不进去，如果注浆压⼒过⼤，会击穿盾尾刷⽽漏浆。
4、注浆量
根据地质性质和出⼟量确定注浆量，如果注浆量过⼤地表容易隆起，也易造成漏浆。注浆量过⼩地表会出现沉降。
5、盾尾油脂量和压⼒不⾜
防潮密闭门
在盾构掘进过程中，盾尾刷与管⽚的摩擦消耗的油脂与掘进速度成正⽐，速度过快则注⼊盾尾的油脂在单位时间内不能满⾜其消耗量，若不及时调整油脂泵注脂率，则盾尾刷内的油脂量和注⼊油脂的压⼒不
够及时密封盾尾，势必造成密封效果减弱，形成盾尾漏浆。
6、盾尾密封损坏或质量有缺陷
盾尾刷密封装置受偏⼼管⽚过度挤压后产⽣塑性变形⽽失去弹性，或盾尾刷制造时质量有缺陷，承载⼒不够，致使盾尾刷密封性能下降，在注浆压⼒作⽤下导致浆液从盾尾漏出。
7、管⽚拼装出现椭圆形
管⽚拼装后标准为圆形，由于管⽚拼装操作⼿的熟练程度不够，将管⽚拼装成横向的椭圆形，致使管⽚和盾尾部分地⽅间隙超标造成漏浆。另⼀⽅⾯由于管⽚拼装成椭圆形，增⼤了管⽚之间⽌⽔条外缘纵缝的宽度(理论设计值为6mm)，实际在管⽚拼装过程中将出现两腰的管环之间的外缘纵缝开⼝>6mm，上下部分纵缝<6mm。在盾构机掘进⼀环⾄1.4m左右时，尾刷末端正好到达上⼀环管⽚，此时尾刷就正处在该环管⽚上，由于注浆压⼒都很⼤，⽽纵缝开⼝度d>6mm，纵缝处的油脂⽆法承受浆液的压⼒，就形成⼀个渗漏通道，造成盾尾漏浆。盾尾和管⽚椭圆的关系如图5所⽰。
图5盾尾变形(单位：mm )
8、管⽚错台
由于⼯⼈对管⽚拼装不熟练，造成管⽚错台严重，特别是在纵缝错台产⽣后，使得盾尾刷⽆法紧密包裹在整环管⽚，很容易形成浆液渗漏通道。虽然盾构推进时盾尾油脂仓内有盾尾油脂填充纵缝，但在较⾼的注浆压⼒作⽤下，极有可能将油脂冲脱⽽击穿盾尾刷，造成盾尾漏浆。盾尾与管⽚纵缝的错台关系如图6所⽰。
图6管⽚错台
五、解决盾尾漏浆的对策
根据以上盾尾漏浆的原因分析，进⾏了排查，最终发现由于管⽚拼装变形和错台⽽在管⽚纵缝处形成漏浆通道是造成盾尾漏浆的主要原因。经在每块管⽚两头⽌⽔条下部粘贴海绵条封堵漏浆通道，效果⽐较明显，没有再发⽣漏浆现象，注浆压⼒和注浆量都正常了，地⾯沉降也得到了有效控制。如图7所⽰。
图7⽌⽔条下部粘贴海绵条的管⽚
六、结语
盾构机盾尾漏浆涉及到盾构施⼯的注浆压⼒、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾油脂、管⽚拼装等多种因素。因此，在施⼯实际中必须细⼼分析漏浆原因，采取切实可⾏的措施，才能少⾛弯路，减少损失，保证⼯程的施⼯进度和施⼯质量。
