吕小雄
广东华隧建设股份有限公司 广东广州 510000
摘要：本文结合工程实例，主要针对盾构铰接处密封渗漏展开了探讨，介绍了盾构铰接密封的构造与工作原理，通过分析其铰接密封损坏原因，提出了合理的优化处理措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：隧道工程；盾构；渗漏；处理
0 前言
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，是隧道施工中的一种全机械化施工方法，在地铁的施工中逐渐有了广泛的应用。盾构机工作原理为：盾构机分前后两部分，千斤顶位于前后两筒位置，使用行程差控制后筒和前筒的走向，进行曲线施工和姿态调整。为保证工程进行中防止盾体外的泥水侵入隧道内部，其铰接装置密封极为重要，因此，提高铰接装置的可靠性及耐久性是建设人员务必考虑研究的问题，现对此进行浅要分析。
1 工程概况
某轨道交通1号线土建6标的盾构隧道区间工程区间总长度（单线）约2400m，隧道覆土厚度为9.46～18m。
本工程区间地下水类型可分为上层滞水、松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水3种类型；上层滞水主要赋存于浅部素填土层之中，无上覆隔水层，下部粉质黏土层为其隔水底板；松散岩类孔隙水主要赋存于上更新统（Qal3）冲积砂砾卵石层中；红色碎屑岩类裂隙溶隙、裂隙水主要赋存于具有溶蚀的钙质泥岩及相对破碎的粉砂质泥岩中，该含水层富水性不均一，地下水通过基岩裂隙发育段与上部孔隙水存在一定的联系，具有承压性。
A站—B站区间隧道主要穿越粗砂、砂砾、圆砾层，部分卵石层；B站—C站区间隧道主要穿越粗砂、砂砾、圆砾层，部分卵石层；C站—D站区间隧道主要穿越砂砾、圆砾层和强风化泥质粉砂岩层。3个盾构区间砂层的最大渗透系数分别为1.56×10－2，3.14×10－2，4.65×10－2cm/s，均为强渗透性地层，而且粗砂、砾砂、圆砾和卵石均处在地下水位以下，为饱和状态，富水性好，因此，对盾构施工机械密封性能提出了更高的要求。
用于本工程的2台盾构机型号ZTE6250，盾体（前盾）直径6250mm，刀盘开挖直径6280mm，隧道内径5400mm、外径6000mm，管片宽度1200mm。盾构铰接为被动铰接，最小转弯半径250m，最大爬坡度35‰，总质量450t。
2 盾构铰接密封的构造与工作原理
2.1 铰接密封构造
盾构的被动铰接为中盾与尾盾通过14个铰接油缸连接，如图1所示（图1b中阴影油缸带有行程传感器），推进、铰接油缸皆分A，B，C，D4组，每组有1个油缸装有内置式行程传感器，铰接油缸型号为180/80-150（缸径180mm，活塞杆80mm，最大行程150mm），铰接转向角度（垂直/水平）1.3°，铰接最大拉力1000t（35MPa），密封采用手动润滑方式。铰接密封结构如图2所示，由固定螺栓、密封固定环、调节螺栓、密封调整环、双孔橡胶密封圈、MC尼龙密封块、紧急气囊组成。
3 盾构铰接密封损坏、渗漏原因及常规防护措施
3.1 铰接密封调整滞后
根据铰接密封的结构与工作原理可知，在盾构纠偏、曲线掘进过程中，盾尾密封圈与尾盾存在一定的相对运动，在施工中要求根据盾构的姿态不断调整铰接密封的松紧度。在实际操作中不可避免存在调整滞后，或装拆机过程中造成盾尾密封部位的变形，降低了密封的可靠性。盾构掘进中，同步注浆浆液会流到盾构机的铰接密封，当橡胶密封的压力小于泥水压力时，泥水就会击穿密封进入隧道内，污染盾体内的液压（电气）等元器件。
3.2 盾构姿态波动剧烈
当盾构机机身在水平或者垂直姿态出现较大波动时，隧道整体轴线并非沿隧道弧线平滑过渡，在这种情况下容易造成盾构与管片之间卡壳，连接中盾和尾盾之间的铰接因尾盾卡壳铰接千斤顶不能有效收缩，铰接千斤顶行程长度接近极限值，密封压力减小，铰接密封容易被地下水、泥水击穿。此外，穿越的土层摩擦力较大或同步注浆的浆液流量过大将盾尾裹住，盾尾周边或局部直径大于刀盘开挖直径，增加了盾尾的拉力，导致铰接伸长，加大密封磨损，造成密封渗漏。
3.3 橡胶密封的耐久性不足
橡胶密封磨损（损坏）达到一定程度时，单靠调整密封压力已达不到密封效果，启动紧急充气气囊密封，修复橡胶密封存在较大的难度。气囊充气状态下不能掘进，在特定的地质及地理环境下（富水砂砾石、粗砂地层，地层摩擦力较大；隧道埋深大，地下水位高于水道顶部8～12m；曲线段掘进施工）泥砂容易进入铰接密封，增加了盾构施工的风险。
3.4 常规防护措施
掘进过程中加强姿态控制，纠偏时避免有较大的姿态变化，做到勤纠缓纠；加强同步注浆（压力）控制，防止砂浆包裹盾尾；根据盾构姿态及时调整密封松紧度；在曲线段掘进时，及时合理地调整密封松紧度，保证铰接密封的压力。
4 铰接密封的优化
为了提高铰接的密封性及耐久性，降低铰接密封失效引起的施工事故，根据图2所示的铰接密封结构图，对原铰接密封进行了优化。如图3所示，拆除盾尾铰接处的6处（圆周均布）3/8″丝堵，改装3/8″接头组件并接3/8″软管及球阀，利用手动气动油脂泵向橡胶密封处注入EP2油脂，减小密封橡胶与尾盾的摩擦力，同时通过足量注入油脂可挤出由于盾构组装或其他原因进入橡胶密封的硬颗粒，避免密封的局部过大磨损。拆除6处（圆周均布）1″丝堵，改装1″接头组件并接0.5m长的1″软管和1″高压球阀，在中盾左右两侧的盾尾油脂控制的气动球阀处（见图4），加装1″高压三通与球阀，利用盾尾密封的油脂泵向中盾、尾盾的间隙注入盾尾密封脂，盾尾油脂具有较好的黏稠度，可以有效填充中盾、尾盾的空隙，在铰接橡胶密封外部形成一道保护屏障，起到隔水阻砂的作用。由于预留1″孔左右对称，在左右气动球阀处各引出1根油脂管，通过连接铰接不同点处的软管接点可向不同的部位注入盾尾油脂。
6 结语
综上所述，为了防止盾构铰接装置的渗漏问题，我们就需要从盾构机姿态、盾尾摩擦阻力、地质条件等方面分析了盾构机铰接密封渗漏的原因，采取有效的解决措施，提高铰接密封的使用寿命，杜绝由于铰接密封的失效引发的铰接渗漏事故，以保证施工的顺利进行。
参考文献：
[1]杨乃刚.盾构机中的铰接装置[J].建筑机械.2003（04）
[2]曾东洋、何川.地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算[J].西南交通大学学报.2004（06）
论文作者:吕小雄
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：盾构论文; 隧道论文; 橡胶论文; 油脂论文; 砂砾论文; 姿态论文; 球阀论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;