泥水平衡盾构始发中双密封延伸钢环的应用

邵 云/SHAO Yun

（广东华隧建设集团股份有限公司，广东 广州 510000）

1 概 述

珠三角城际轨道交通某工程机场段盾构隧道位于广州白云国际机场，采用直径9.13m的泥水、土压平衡双模式盾构进行施工，线路下穿机场飞行区、航站区等多个敏感区域，始发段毗邻机场飞行区，地面有机场排水渠、灯光站等重要建构筑物及搅拌站、泥水处理场等盾构施工的高大临时设施，建筑物保护及地面沉降控制要求高。

区间地处广花冲积盆地，岩溶发育较为强烈，地下水丰富，拱顶覆土主要为＜1＞人工填土、＜3-3＞中砂、＜3-4＞粗砂、＜4N-3＞粉质粘土，隧道洞身地层主要为＜3-5＞砾砂、＜4N-3＞粉质粘土等软弱地层（约占80%），始发端头采用高压旋喷桩+地面注浆进行加固，加固至隧道轮廓范围外4m。

大直径泥水盾构始发阶段切口水压建立的过程中，传统的预埋洞门环板+橡胶帘布的洞门密封装置无法保证密封性，建舱时泥浆经洞口与盾壳之间的环状建筑空隙渗漏易导致切口水压波动，影响开挖面泥水压力的稳定，而重复建舱将对掌子面及拱顶软弱地层扰动，破坏其稳定性，进而造成地面沉降等不利情形，因此须设置性能良好的密封装置。

通过综合比选，本工程采用了双密封延伸钢环作为始发洞门的密封装置。

2 双密封延伸钢环构造

双密封延伸钢环洞门密封装置主要由30cm和50cm厚2个延伸钢环（见图1）、两套帘布橡胶圈（见图2）、折形压板（见图3）及连接螺丝组成，同时在延伸钢环外侧均匀设置8个注浆孔，均预装2寸球阀。

图1 延伸钢环构造图

图2 帘布橡胶圈构造图

图3 折形压板构造图

3 双密封延伸钢环安装

为保证延伸钢环的整体性及密封性能，30cm和50cm厚的延伸钢环在地面整体拼装后再吊装，第一道折形压板在拼装前焊接在50cm延伸钢环内侧，第一道橡胶帘布安装在两个延伸钢环之间，地面拼装完成后复测平整度、椭圆度等指标，平整度偏差小于5mm，椭圆度偏差小于5‰D。

双密封延伸钢环安装顺序：洞门圈预埋钢环（结构施工时已预埋）→安设双头螺栓→安装30cm和50cm厚延伸钢环→安装圆环压板→以薄螺母固定→安装折形压板，并用垫圈及螺母固定，双密封延伸钢环安装见图4。

图4 双密封延伸钢环安装示意图

双密封延伸钢环吊装时，应根据预埋洞门环板的安装位置精确定位，安装完成后水平及垂直偏差小于10mm，垂直度偏差小于直径D的1‰，内径偏差小于10mm。

安装时注意检查螺栓丝扣，延伸钢环与预埋洞门环板之间的双头螺杆安装必须确保栓结牢固，并对环向接缝处进行满焊；第二道帘布橡胶板安装的同时安装圆环压板和折形压板，并确保螺母栓结牢固，此时折形压板应被固定于螺栓槽的最下位置；在两道帘布橡胶板外侧涂抹黄油，以防止盾构推进时刀盘损伤帘布橡胶板；考虑到双密封延伸钢环和洞门的厚度（约2m），在延伸钢环底部设置型钢进行支撑，并在左右各35°范围（超出托架导轨范围），浇筑C30素混凝土，对延伸钢环进行支撑保护，并在预埋洞门环板底部焊接2个10cm长的导轨，以防止盾构碰壁掘进前“栽头”破坏延伸钢环整体结构。

4 盾构始发阶段双密封延伸钢环的应用

盾构切口环进入洞门圈向前顶进时会产生微量波动，造成折形压板纵向移位形成间隙，因此在盾构进洞阶段必须派人员随时查看第二道折形压板是否松动，及时对压板的螺栓进行调整紧固，使折形压板边缘与盾构筒体的间隙控制在5～10mm，以保证帘布橡胶板与盾体之间的密封效果。

在刀盘碰壁后，通过同步注浆系统向50cm延伸钢环外侧预留的2寸注浆孔注入浓泥浆，泥浆配比为钠基膨润土∶水=1∶3，泥浆密度为1.2～1.3g/ml，粘度＞80s，泥浆分多次注入，首次注入主要是填充盾体与两道橡胶帘布之间的间隙。

土仓初始建压时，为防止击穿洞门双密封延伸钢环，切口水压控制在60kPa以下。环流系统泥浆密度控制在1.2～1.3g/cm3、泥浆黏度25～30s、砂率4%～5%，建压过程中观察切口水压的稳定情况及双密封延伸钢环渗漏情况，可向双密封延伸钢环内同步注入泥浆（注入压力比切口压力高约0.1～0.2bar），以不断提高双密封延伸钢环的密封性能，保证切口压力的正常建立，当盾构开始进洞掘进，切口水压逐步提升至计算水土压力，洞门双密封延伸钢环无渗漏时，可停止泥浆的注入。

当盾尾进入洞门后，橡胶止水布帘及压板和管片外壁接触时，间隙落差瞬时扩大至165mm（管片外径为8 800mm，盾构后筒外径为9 130mm），所以为了保证舱内泥水压力的稳定，当盾尾通过洞门密封后，立即调整压板，使其下边缘完全压在管片外弧面上，若未完全压紧，必要时进行压板加固，尽量减少压板和管片之间的间隙，并通过同步注浆系统进行回填注浆，注浆压力取值为0.3～0.35MPa，浆液配比为水泥∶粉煤灰∶砂∶膨润土∶水=120∶500∶600∶50∶450。

盾尾完全进洞后，通过管片上预留的注浆孔，向洞门与管片之间的缝隙注入双液浆，水泥浆-水玻璃双液浆配比为：水泥浆（水灰比1∶1），水玻璃以1∶3比例稀释，注入时浆液与水玻璃体积比为水泥浆∶水玻璃=1∶1，凝结时间控制在20～40s，通过二次补浆，可避免洞门间隙处产生水土流失导致泥水仓压力不稳。

5 结 语

大直径泥水平衡盾构始发过程中双密封延伸钢环的应用，舱内切口水压稳步建立，地表及周边机场重要建构筑物沉降可控，且避免了舱内泥浆经洞门密封处渗漏、土仓压力大幅波动等不利情形，降低了始发阶段的施工风险。此装置具有以下优点。

1）构造形式简单，加工、安装方便，可重复利用。

2）可通过向双密封延伸钢环内注入浓泥浆、惰性浆液、盾尾油脂，有效提升盾构始发阶段洞门处的密封性能。

双密封延伸钢环适用于盾构始发阶段存在不良地质和对地表沉降控制要求较高的情况，如富水软弱地层及地表有重要建构筑物等情形，简单的构造及施工操作的简便性，使其具有很好的应用前景和推广价值。

[参考文献]

[1]张凤祥，朱合华，傅德明．盾构隧道[M].北京：人民交通出版社．2004．

[2]GB 50446-2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].