盾构隧道渗漏水分析及处理方案

武汉轨道交通七号线十标

盾构隧道渗漏水分析及处理方案

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中铁隧道股份有限公司武汉七号线十标

盾构隧道渗漏水分析及处理方案

盾构隧道渗漏水是一种盾构隧道施工过程中常见的施工质量问题。 一、工程简介

本项目为七号线第十标段，项目位于武汉市武昌区，盾构区间工程包括：徐家棚站（不含）～湖北大学站盾构区间及湖北大学站～新河街站（不含）盾构区间，共2区间。

1、徐～湖区间概况

徐家棚站～湖北大学站区间设计里程范围为DK15+318.200～DK16+620.350，左线线路长度为1312.89m，右线线路长度为1293.293m。线路出徐家棚站后，沿秦园路北侧行进，后斜穿友谊大道及路东侧武汉理工大学友谊小区，后曲线拐至友谊大道路中，最后到达湖北大学站；

区间线路平面有直线、缓和曲线和一段500m和一段340m半径圆曲线组成，区间线间距10.8m～15.3m。线路最大纵坡11.77‰，最小纵坡为2‰，区间覆土厚度在12m～26m。本区间采用泥水盾构法施工，隧道管片设计净空为5500mm，管片厚度为350mm，环宽1500mm，衬砌环全环由一封顶K块、两块邻接块B和三块标准块A构成，拼装方式采用错缝拼装。

根据现有施工条件和工期计划，徐～湖区间盾构先后从湖北大学站左、右线始发，徐家棚站接收。 2、湖～新区间概况

湖北大学站～新河街站区间设计里程范围为DK16+980.150～右DK18+761.850，左线线路长度为1773.117m，右线线路长度为1785.001m。线路出湖北大学站后，沿友谊道路路中向南行进，先以直线下穿武汉长江隧道和侧穿沙湖大桥友谊大道段桩基，随后侧穿新河人行天桥桩基，以直线下穿武九铁路框架桥，最后至新河街站；

区间线路平面有直线、缓和曲线和一段450m、1500m、2000m、1200m半径圆曲线组成，区间线间距13.0m～15.2m。线路最大纵坡28‰，最小纵坡为2‰，区间覆土厚度在12m～32m。本区间采用泥水盾构法施工，隧道管片设计净空为5500mm，管片厚度为350mm，环宽1500mm，衬砌环全环由一封顶K块、两块邻接块B和三块标准块A构成，拼装方式采用错缝拼装。

根据现有施工条件和工期计划，湖～新区间盾构先后从新河街站左、右线始发，湖北大学站接收。 二、隧道所经过的地质状况 1、徐～湖区间工程地质概况

本区间场地上部由近代人工填土层（Qml）、湖积（Ql）淤泥质粉质粘土及第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）一般粘性土及砂性土组成；下伏基岩部分为白垩-下第三系东湖群（K-E）泥质粉砂岩、泥质粗砂岩及砾岩（第15单元层），部分为志留系（S2f）泥岩、砂岩（第20单元层）。左右线洞身穿越地层有所不同，左线洞身主要从（4-2）细砂、（4-1）粉细砂、（3-5）粉质粘土、粉土、粉砂（3-4）

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粉质粘土夹粉土、（3-2）粘土等土层穿过。右线洞身主要从（4-2）细砂、（4-1）粉细砂、（3-5）粉质粘土、粉土、粉砂、（3-2）粘土等土层穿过。具体各层土性质如下：

（1-1）杂填土该层土结构不均、土质松散，堆积时间一般大于10年，该层沿线普遍分布。勘探孔揭露层厚0.80～5.70m。3-1a

（3-1a）黏土：软塑～可塑状态。干强度高，韧性高。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.00～9.10m，层顶埋深0.80～5.70m。

（3-1）黏土：褐黄色，饱和，可塑状态。干强度高，韧性高。中偏高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.20～7.70m，层顶埋深3.00～12.00m。

（3-3）淤泥质黏土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和，流塑状态，局部软塑。含有机质、腐殖物及少量云母片，局部夹薄层粉土。干强度中等，韧性中等。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.50～10.10m，层顶埋深6.20～13.50m。

（3-4）粉质黏土夹粉土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和。粉质黏土以可塑为主，局部软塑。粉土呈稍密状态。含有机质、腐殖物，局部夹淤泥质土。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.20～8.20m，层顶埋深11.10～18.50m。

（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层（Q4al+pl）：灰褐色，饱和。粉质黏土呈软塑～可塑状态。粉土、粉砂呈稍密～中密状态。高压缩性土。该层沿线局部分布，勘探孔揭露层厚1.00～5.80m，层顶埋深15.60～21.50m。

表1 土的物理力学参数建议值

压缩模量渗透系数基床系数 基坑支护设计参数 天然 (MPa/m) 承载力特Es(1-2)K（cm/s） 重度 MPa 征γ 静止侧3fak(kPa) (kN/m) 粘聚力摩擦角 压力系垂直Kv 水平Kx C(kPa) φ(°) 数Ko 18.3 17.6 － － － － 3.0×10 4-8 18-20 3.0×10 12-16 8-12 -7-4-3

层号 岩土 名称 (1-1) (1-2) （3-1） （3-1a） （3-2） （3-3） 杂填土 素填土 粘土 粘土 粘土 － － － － 22.6 18.8 12.0 6.6 25.1 － － 23.2 20.2 14.5 7.3 27.5 18.7 130-160 6.0-7.5 7.5×10 22-27 11-14 0.52 18.2 100-130 5.0-6.5 4.1×10 17-21 7-12 18.2 90-120 4.5-6.0 3.3×10 16-20 6-11 17.2 60-70 3.0-3.5 4.3×10 10-14 4-6 -7-7-7-70.55 0.55 0.62 淤泥质粘土 粉质粘土（3-4） 夹粉土 18.3 100-120 5.5-6.5 5.1×10 18-20 10-12 0.52 中铁隧道股份有限公司武汉七号线十标

淤泥质粘-717.4 60-70 3.0-3.5 3.1×10 10-14 土 粉质粘土、7.0-10.-3（3-5） 17.4 110-140 2.0×10 15-20 粉土、粉砂 0 16.0-18-2（4-1） 粉细砂 18.2 180-200 1.2×10 0 .0 (6.2×（4-1a） 粉质粘土 17.6 100-120 5.0-6.0 20-24 -710) 18.0-22-2（4-2） 细砂 18.8 200-240 2.0×10 0 .0 (6.2×（4-2a） 粉质粘土 18.3 120-140 6.0-7.0 20-24 -610) 21.0-24-2（4-3） 中粗砂 19.7 350-400 3.2×10 0 .0 (6.2×（4-3a） 粉质粘土 19.2 100-120 5.0-6.0 20-24 -610) 含砾中粗23.0-25-2（4-4） 20.2 380-420 7.0×10 0 砂 .0 强风化泥(42.0-4（15a-1） 21.9 300-400 － － 质砂岩 4.0) 中风化泥近不可（15a-2） 23.5 700-800 － － 质砂岩 压缩 强风化泥(42.0-4（20a-1） 22.8 300-400 － － 岩 4.0) 中风化泥近不可（20a-2） 23.9 700-800 － － 岩 压缩 （3-4a） 2、 湖～新区间工程地质概况

本区段为河流堆积平原，相当于长江Ⅰ级阶地，地势平坦，地层岩性与徐家棚站～湖北大学站区间基本一致。本区间始发段盾构穿越地层为（3-1）黏土、（3-3）淤泥质黏土、（3-4）粉质黏土夹粉土。具体各层土性质如下：

（1-1）杂填土该层土结构不均、土质松散，堆积时间一般大于10年，该层沿线普遍分布。勘探孔揭露层厚0.80～5.70m。3-1a

（3-1a）黏土：软塑～可塑状态。干强度高，韧性高。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.00～9.10m，层顶埋深0.80～5.70m。

（3-1）黏土：褐黄色，饱和，可塑状态。干强度高，韧性高。中偏高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.20～7.70m，层顶埋深3.00～12.00m。

（3-3）淤泥质黏土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和，流塑状态，局部软塑。含有机质、腐殖物及少量云母片，局部夹薄层粉土。干强度中等，韧性中等。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.50～10.10m，层顶埋深6.20～13.50m。

4-6 0.60 6.9 11.6 22.5 7.8 13.1 24.2

10-18 0.50 28-32 0.42 12-14 （0.44） （18.0） （22.0） 31-35 0.38 28.5 30.2 12-14 （0.46） （16.0） （20.0） 32-36 0.36 30.0 40.0 12-14 （0.44） （18.0） （22.0） 32-36 （0.32） 32.0 － － － － － － － － － － － － 42.0 － － － － 中铁隧道股份有限公司武汉七号线十标

（3-4）粉质黏土夹粉土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和。粉质黏土以可塑为主，局部软塑。粉土呈稍密状态。含有机质、腐殖物，局部夹淤泥质土。高压缩性土。该层沿线普遍分布，勘探孔揭露层厚1.20～8.20m，层顶埋深11.10～18.50m。

（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层（Q4al+pl）：灰褐色，饱和。粉质黏土呈软塑～可塑状态。粉土、粉砂呈稍密～中密状态。高压缩性土。该层沿线局部分布，勘探孔揭露层厚1.00～5.80m，层顶埋深15.60～21.50m。

3、 水文地质概况

勘察场区地下水按赋存条件，可分为上部滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水三种类型。

（1）、上层滞水分布于场地人工填土层中或浅部暗埋原沟塘处，主要接受地表排水与大气降水的补给，另外老城区中较早的污水管渠及供水管的渗漏亦是其重要的补给源，上层滞水因其含水层物质成份、密实度、透水性、厚度等不均一性而导致水量大小不一，水位不连续，无统一自由水面。勘察期间测得场地上层滞水初见水位埋深2.00～3.50m，相对于绝对标高17.55～21.02m；稳定水位埋深1.50～3.90m，相对于绝对标高18.26～21.47m。

（2）、孔隙承压水主要赋存于（4）单元砂性土中，上覆黏性土及下伏基岩为相对隔水层顶板、底板。含水层厚度一般为20～40m，含水层渗透性一般随深度递增，主要接受侧向地下水的补给及向侧向排泄，与长江水水力联系密切，呈互补关系，地下水位季节性变化规律明显，水量较为丰富。长期观测结果表明，武昌地区长江Ⅰ级阶地承压水测压水头标高最高为20.0m左右，承压水头标高年变化幅度在3.0～4.0m之间。

（3）、基岩裂隙水主要赋存于下伏（20）单元基岩裂隙带中，补给方式主要为上覆含水层下渗补给。基岩裂隙水与承压水呈连通关系。

4、气候情况

武汉地处我国东部沿海向内陆过渡地带，地处中纬度，属亚热带湿润性东南季风气候区。具有冬寒夏暖、春湿秋旱、夏季多雨、冬季少雪、四季分明的特征。年平均气温为16.7℃，7月平均气温高达28.9℃，1月仅3.5℃。夏季气温高，35℃以上气温天数为40天左右，极端最高气温41.3℃，极端最低气温-18.1℃，武汉日均温≥10℃持续期达235天，年平均无霜期240天。一年四季分配也以夏季最长，达135天，冬季次之，为110天，具有冬夏漫长而春秋短促的显著特点。武汉地区降水充沛，多年平均降水量1284.0mm，降雨集中在4～9月，年平均蒸发量为1391.7mm，绝对湿度年平均16.4毫巴，年平均相对湿度75.7%，湿度系数Ψw=0.903，本地区大气影响深度da=3.0米，大气影响急剧深度为1.35米。

三、渗漏水情况说明

盾构管片渗漏水的几种形式如下：

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图1 环缝渗漏 图2 纵缝渗漏

图3 管片螺栓处渗漏 图4 吊装孔渗漏

1、原因分析

根据现场记录和现场观察总结，其分析造成渗漏的可能原因如下： 1.1管片自身质量缺陷

在管片生产过程中，设置密封垫的沟槽部位混凝土不密实有水泡、气泡等缺陷，管片拼装完成后，水从绕过密封垫，从水泡、气泡孔处渗漏进来。

1.2管片止水条脱落

在拼装过程中，管片发生了碰撞，使止水条脱落或断裂，使密封垫没有形成闭合的防水圈。 1.3管片衬背注浆不饱满

管片衬背注浆不饱满，若管片密封条贴合不密实，管片顶部积水，使密封垫压实比较薄弱的地方产生渗漏。

1.4盾构与管片的姿态不好

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盾构与管片的姿态不好，影响到管片的拼装质量，造成管片间错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水；

1.5掘进过程中推力不均匀

掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水；在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。

1.6管片拼装质量控制不严格

管片存在泥土等杂物未清理导致拼装出现空隙形成漏水；拼装K块时，K块密封条损坏，造成渗漏水；管片螺栓紧固不到位，造成管片防水没有压实造成渗水，或管片螺栓紧固过早，导致管片整体未压实。

1.7转弯处转弯环选型不准确

在水平方向上存在曲线的路线上，曲线内径与外径所存在的长度差即是管片左右侧存在的楔形总量，如果转弯环拼装数量不足或过多，造成管片楔形总量少于或超过曲线内外径实际差值，就会造成管片间隙，使相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。

1.8盾构前进反力不足

盾构前进反力不足，易导致管片接缝不严，致使管片渗漏。此种状态主要出现在始发及到达掘进阶段，正面无土压力或土压力较小情况下，盾构前进阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的挤压力，从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实，影响管片止水条的防水性能，造成管片接缝渗漏。

1.9管片上浮或侧移，管片与隧道初支间空隙较大且不均匀，注浆时操作难度大，而且填充效果差，从而导致顶部回填注浆难以密实，极易发生管片上浮或侧移，造成管片破损，引起管片渗漏。

2、预防措施

1.1针对管片存在的水泡、气泡等缺陷问题，加强生产控制、出场验收和进场验收。管片生产过程中安排专人驻厂质量把关，把缺陷控制在源头；出厂时对管片再次验收，及时对存在的不可避免的缺陷进行修复，同时注意吊装过程中对管片的损伤。进场管片严格把关，同时会同监理共同验收，实现管片“零缺陷”。

1.2管片拼装前对拼装工人进行交底，过程中加强对管片的精细操作避免管片碰撞，管片在转运过程中必须垫方木，避免管片在下方时碰角，一旦发现止水条断裂或脱落及时更换，保证拼装管片的质量符合防水的要求。

1.3加强同步注浆控制

(1)在浆液性能的选择上应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失(浆液的稠度)的有机结合，才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。盾构隧道衬背注浆的浆液

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配比应进行动态管理，依据不同地质、水文、隧道埋深等情况的变化而不断调整浆液性能，以控制地表的沉降和保证管片的稳定，保证管片的防水效果。

(2)在同步注浆过程中合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆速度与推进速度等施工参数形成最佳的参数匹配。管片注入口处的注入压力经过试验段的摸索最佳值为1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar，并应参考覆盖土的厚度、地下水的压力及管片的强度进行设定。如果设定值太大会导致管片破坏，造成浆液的外溢。

(3)背后注浆的最佳注入时期，应在盾构机推进的同时或者推进后立即注入，注入的宗旨是必须完全填充尾隙。

(4)注入量必须能很好地填充尾隙。考虑背后注浆量受土体中的渗透、泄漏损失(浆液流到注入区域之外)、超挖、背后浆液的种类等多种因素的影响，经过试验段的摸索，注入量为理论空隙量的150％～170％，即3.2方～3.6方为宜。

同步注浆采用压力和注浆量双控指标，应采用尽量大的压力保证最大的注浆量，填充密实尾隙，从而保证防水第一道防线的质量。

1.4盾构机姿态控制措施

盾构隧道线形管理原理是通过一套测量系统，随时掌握正在掘进中盾构机的位置和姿态，并通过计算机将盾构机的实际位置和姿态与设计轴线进行比较，找出偏差数值后调整盾构机千斤顶的模式，使盾构机前进曲线和设计轴线尽可能接近。

（1）盾构管片结构的特点使其安装具有一定的惯性，如果盾构机掘进轨迹曲度过大，那么盾尾轨迹就会与管片轨迹相交，从而造成了以下两个严重问题：

①管片无法顺利地安装，只能放松管片间的连接螺栓或加垫片来解决问题，从而增加了错台和漏水的可能；

②管片迎水面在脱出盾尾时被盾壳挤压，使得管片环向变形和前后错台，更为严重的是盾尾被破坏而失去防水功能。

（2）因此纠偏过程中应尽量保持盾构机姿态不会有突变，运动轨迹应尽量平顺。盾构机掘进姿态调整与纠偏应掌握下面几个原则：

①盾尾间隙控制为主，趋势控制为次，线形控制为辅；

②在掘进过程中一次纠偏量不能过大，即油缸行程差不能过大，应控制在60mm左右。

1.5盾构掘进参数是盾构机线路控制的关键，其中尤其要加强掘进过程中推力控制，因为掘进过程中盾构机的推进是靠千斤顶的推力实现的，方向控制也主要由推进千斤顶的编组压力差来实现，即ΔF

上下

或ΔF左右。掘进过程中严禁急纠甚至“蛇形纠偏”，避免ΔF上下或ΔF左右过大造成管片受力不均匀而产

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生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水；在掘进困难时可适当考虑开启超挖刀或仿形刀进行超挖作业，避免推力过大造成管片产生裂纹而渗漏水。

1.6规范化管片拼装，严格控制质量

(1)拼装前首先应对盾尾杂物进行清理，如果有漏水现象必须补打盾尾油脂止水，在保证盾尾无杂物、无积水的情况下才能开始安装管片。

(2)利用盾构机的升降千斤顶把管片吊入，再利用滑动千斤顶进行轴向移动，伸出支护千斤顶进行管片位置的矫正。

(3)进行旋转、升降、滑动、压平操作。管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，应尽量调校管片位置与上环管片平顺，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。用拼装机拼装旋转调整时，用遥控装置操作时不得使用高速按键，并注意掌握使用按键的力度和持续时间，防止移动速度太快、摆动大、移动超限及被装管片与已装管片发生撞击。作业人员应跟随管片拼装位置站位控制，尽量选择清晰的角度拼装管片，严禁站在盾构机头下方操作遥控器拼装上部管片。

(4)封顶块安装前应对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推；封顶块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。

(5)及时进行管片三次复紧，管片安装完后，推进30cm～50cm后进行螺栓初次紧固，每推进三环之后对管片进行再次紧固，在管片环脱出盾尾后对管片连接螺栓进行三次紧固。

(6)管片安装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规范要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。

(7)在管片拼装过程中，必须严格控制管片拼装的垂直度、整圆度、拧紧螺栓的扭矩以及在曲线地段和修正蛇行时楔形管片的拼装位置，防止接缝张开漏水。

1.7在盾构始发掘进前，应根据线路情况对盾构区间管片选型进行排版，对管片生产、储备和掘进中管片选型进行指导。在水平方向上存在曲线的路线上，根据曲线内径与外径长度差的楔形总量拼装数量合适的转弯环，使相邻管片止水带正常吻合压紧。

1.8盾构前进反力不足情况下，应在管片安装完成后及时做好三次复紧工作，特殊情况下可通过加设支撑结构，为盾构机空推提供反力，盾构机每掘进一环，都从刀盘开口伸出4个支撑顶在隧道初支上提供反力，使盾构机推进千斤顶总推力达到300～500T，管片压紧拧紧螺栓，收回支撑臂，然后恢复盾构掘进。

1.9管片上浮或侧移，主要由于管片与隧道初支间空隙较大且不均匀

(1) 应加强管片注浆管理，在同步注浆过程中合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆速度与推进速度等施工参数形成最佳的参数匹配，及时进行二次补注浆，使浆液能有效填充管片与土体间间隙。

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（2）一旦出现管片上浮或侧移，在管片上浮或侧移处，通过打穿管片吊装孔，打入注浆管进行二次补充注浆，迅速填充管片背后或上部间隙，阻止管片上浮和侧移。

（3）为了预防管片上浮，管片脱出盾尾之后，可在吊装孔部位对下部浆液进行注水冲刷，在上部注入添加速凝剂的浆液进行纠偏。

四、 堵漏措施

针对出现的漏水形式分别采用以下措施进行堵漏。 1、二次补浆

对存在漏水的管片首先进行二次补浆，二次补浆能够在根本上堵住渗水通道二次补浆首先采用单液浆，注浆压力控制在2.5 bar以内，注浆量以能注入为准。观察堵漏效果，效果不明显后注双液浆，注浆压力可以稍微提高。

2、环纵缝注浆堵漏 2.1环纵缝漏水处理

当二次补浆后环纵缝仍然存在漏水时，采用注浆进行封堵。注浆措施如下：

对环向缝和纵向缝全部采用快干高强度砂浆（含环氧类成分）封闭，为后面灌浆做准备，封闭的时候向内凹进去1-2厘米深的弧形；再在漏水缝上垂直钻孔到止水条处，钻孔间距每米2-3个，同时装上专用注浆嘴，用高压灌浆设备向接缝内灌浆，浆料优先采用环氧树脂，灌浆压力控制在40公斤左右，以压满整个接缝为准。

2.2管片紧固螺丝孔渗漏

清理干净螺丝孔表面的污染物，找出渗漏的位置，用电钻斜向钻孔，确保钻孔和螺丝孔相通，用快干高强砂浆封闭螺丝孔的根部，钻孔处装上专用注浆嘴，用高压灌浆设备向钻孔内灌浆，浆料优先采用环氧树脂，灌浆压力控制在40bar左右，以压满整个螺栓孔为准。注浆起到堵漏作用的同时又对螺丝有锚固和防腐作用。

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