Углубленный анализ и комплексные решения по предотвращению утечек воды и шлама при проходке щитовых туннелей

Утечка воды и шлама является частой проблемой при проходке щитовых туннелей для метрополитена. В основном это происходит при прокладке хвостовика щита, шарнирного уплотнения, винтового конвейера, сегментных стыков, системы затирки швов и грунтовой камеры. Вызванная совокупностью факторов, включая износ уплотнений оборудования, неправильную эксплуатацию конструкции, некачественные материалы и сложные гидрогеологические условия, серьезная утечка может привести к обрушению грунта, повреждению оборудования и несчастным случаям, связанным с обеспечением личной безопасности. Лечение должно осуществляться в соответствии с принципом предотвращения - сначала комплексное предупреждение и смягчение последствий. Важно поддерживать герметичность оборудования, стандартизировать строительство площадки, контролировать качество сырья и прогнозировать геологические риски. Использование вспомогательных химических продуктов, таких как противоэрозионная смазка для защитных покрытий, пенообразователь для кондиционирования грязи и высокоэффективный тампонажный материал, может эффективно снизить риск протечек и гарантировать безопасное прохождение защитных туннелей.

1. Введение: Опасность утечки воды и шлама при проходке щитовых туннелей

Проходка щитовых туннелей является основным методом строительства городских метрополитенов, туннелей через реки и инженерных коммуникаций. Однако утечка воды и шлама является частой и серьезной проблемой при проходке щитовых туннелей в сложных подземных условиях.

Согласно статистике, более 60% дефектов качества в бытовых щитовых туннелях связаны с утечкой воды и шлама.

● Незначительные утечки ухудшают условия эксплуатации туннелей и увеличивают задержки в строительстве.

● Серьезные аварии могут привести к просадке грунта, обрушению поверхности, повреждению электрического и гидравлического оборудования.

● Длительное просачивание вызывает коррозию стали и разрушение бетона, сокращая срок службы туннеля, и даже создает смертельную угрозу для работников на месте.

Утечки происходят в нескольких типичных местах с различными уровнями опасности и первопричинами.

2. Основные места утечки и первопричины

2.1 Система защитных уплотнений (положение повышенной опасности)

Защитное уплотнение состоит из многожильных стальных проволочных щеток и специальной уплотнительной смазки для предотвращения образования шлама при обратной засыпке и грунтовых вод. Основные причины протечек:

● Неподходящая консистентная смазка для защитного слоя: недостаточный объем, низкое давление впрыскивания или некачественная смазка, смытая грунтовыми водами.

● Чрезмерное давление при одновременном затирке, превышающее допустимый предел в 0,5 МПа, что приводит к нарушению герметичности уплотнительной щетки.

● Неправильная сборка сегмента: большое смещение сегмента, поврежденные углы сегмента, деформированные или выпавшие водонепроницаемые прокладки.

● Неправильное положение щитка: частая чрезмерная коррекция и движение в виде змеи приводят к неравномерному зазору между хвостовиками.

● Износ, разрыв или деформация хвостовых щеток щитка.

2.2 Система уплотнения шарниров

Шарнирное соединение позволяет shield machine двигаться по изогнутым трассам. На песчаном грунте, богатом водой, небольшая утечка может быстро перерасти в фонтанирование воды и песка. Основные причины: изношенные уплотнительные прокладки, недостаточное количество смазки для шарниров, чрезмерный угол поворота шарнира при проходке кривых туннелей, незакрепленные соединительные болты и дефекты сборки.

2.3 Фонтанирование на шнековом конвейере

Фонтанирование часто происходит в водоносных слоях с высокой проницаемостью. Основные причины: недостаточная подготовка грунта, работа в пустой камере, слишком высокая скорость вращения шнека, низкое давление в грунтовой камере и поврежденные торцевые уплотнения вала.

2.4 Просачивание в стыки сегментов

Это распространенный долговременный дефект качества при прокладке туннелей, который касается изготовления сегментов, сборки на месте и затирки швов:

● Дефекты сборных сегментов и неквалифицированные гидроизоляционные прокладки.

● Загрязненные поверхности стыков, смещение сегментов и недостаточное усилие предварительной затяжки болтов при сборке.

● Недостаточная или некачественная одновременная затирка швов, сегмент всплывает после выхода из защитного кожуха.

2.5 Система одновременной затирки швов

Утечки происходят из-за изношенных трубопроводов, неисправных фланцевых уплотнений, поврежденных уплотнений вала смесителя и неправильно подобранного соотношения компонентов смеси для затирки.

2.6. Грунтовые камеры и земляные работы

Угрозы в основном возникают из-за скопления воды под высоким давлением, непредвиденных карстовых пещер / зон разломов, недостаточного давления на опору и выхода из строя уплотнений основных подшипников.

3. Влияние геологических условий и окружающей среды

Геология является основным внешним фактором риска утечки.

● Геология с чрезвычайно высокой степенью риска: богатый водой песчаный слой, песчано-гравийный пласт, замкнутый водоносный горизонт, зона разлома и карстовые образования, характеризующиеся высоким давлением воды и большим коэффициентом проницаемости.

● Факторы окружающей среды: сезонные колебания уровня грунтовых вод, осушение близлежащего котлована и поверхностные осадки, которые могут привести к повторному открытию заполненных туннельных швов и вызвать вторичную утечку.

4. Комплексные меры по профилактике и контролю

Следуя принципу “Сначала профилактика, сочетайте профилактику с лечением”.

4.1 Управление уплотнениями оборудования

● Поддерживайте достаточную и стабильную подачу защитной смазки и смазки для шарниров, проверяйте состояние подачи каждого кольца.

● Регулярно проверяйте степень износа хвостовых щеток, шарнирных прокладок и уплотнений вала винтового конвейера; своевременно заменяйте поврежденные компоненты.

● После повторной сборки экрана выполните полную проверку на округлость и герметичность.

4.2 Контроль конструкции на месте

● Строго контролируйте одновременное давление затирки швов ниже 0,5 МПа, обеспечьте достаточный объем затирки.

● Стабилизируйте положение щита при движении, избегайте частой коррекции в большом диапазоне.

● Улучшите качество сборки сегментов, контролируйте смещение сегментов, очищайте поверхности соединений и гарантируйте момент предварительной затяжки болтов.

● Оптимизируйте состав для кондиционирования грунта; не допускайте выемки грунта с пустыми камерами в грунте, богатом водой.

4.3 Контроль качества материалов

Проводите строгий входной контроль ключевых материалов: смазки для защиты от растекания, водоотталкивающих прокладок для сегментов, пенообразователя и тампонажных материалов. Неквалифицированные изделия должны быть отбракованы.

4.4 Предварительное предупреждение о геологических рисках и подготовка к чрезвычайным ситуациям

● Перед прокладкой туннеля выполните предварительный геологический прогноз; составьте специальные строительные схемы для участков с высоким уровнем риска, богатых водой.

● Запаситесь материалами для аварийного тампонирования, регулярно проводите аварийные учения на случай утечки воды и шлама.

5. Заключение

Утечка воды и шлама при проходке защитных туннелей - это многофакторная проблема, связанная с состоянием оборудования, эксплуатацией сооружения, характеристиками материалов и геологическими условиями. Ни одна мера не может полностью устранить риски.

Выбор высокоэффективных вспомогательных химических материалов (смазка для защиты от эрозии, пенообразователь для кондиционирования грязи, высокопрочный тампонажный состав) играет жизненно важную роль в повышении надежности уплотнения, улучшении свойств грунта и обеспечении эффекта обратной засыпки. Разумный подбор материалов в сочетании со стандартизированным управлением площадкой может эффективно снизить опасность протечек и обеспечить безопасную и эффективную прокладку защитных туннелей.