盾构机在富水地段及水底等高水压地段施工时，隧道防水是盾构法施工的关键。盾构法隧道一般采用单层钢筋砼管片衬砌结构，其防水工作主要是盾尾防水和管片防水。在盾构机选型过程中应确保刀盘轴承、盾构铰接密封、盾尾密封装置的性能能达到高水压地段的要求，同时应确保管片自身的防水效果。盾构机配备的同步注浆机的性能应能满足高水压的要求，同步注浆作为管片的外加防水层，应确保同步注浆的及时性、耐久性以及填充的密实性，切实起到加强防水的作用。

1 盾构防水设计

盾构的设计应适应高水压施工，刀盘轴承（俗称“主轴承”）、铰接装置、盾尾等应具有密封止水功能，应能抵抗0.8Mpa的水压。

1.1主轴承密封

作为刀盘驱动部泥浆密封的止水措施，需要使用能耐高水压的密封材料。主轴承的内密封采用双唇密封系统，将主轴承隧道内空气隔离，见图1。双唇之间采用手动方式供给油脂，以降低磨擦。

主轴承外密封一般采用3~4道唇形密封，图2为德国海瑞克泥水盾构主轴承外密封系统，采用!道唇形密封。外密封系统的润滑全部为自动润滑，泄漏时盾构机会自动停止运转，并通过泄漏室对密封状况进行检测。密封表面上安装了一个带硬化表面的轴承座圈，可以轴向位移，以便对第#道唇形密封进行补偿。沿齿轮室方向的密封是一个特殊的轴密封，可在必要时对齿轮室施加压力。

图1主轴承内密封

1-刀盘座；2-唇形密封；3-驱动齿轮；4-主轴承

油脂室位于第1、2道唇形密封之间，通过周边分布的若干个孔道添加油脂，并且通过定位装置在环形空间中呈均匀分布，使油脂室内始终保持恒定的油脂配送压力。每一供给线路均通过一个独立的油脂分配阀提供恒定的供给量。润滑油室位于第-、)道唇形密封之间，润滑油通过周边分布的若干个孔道进行添加，并在环形空间内通过定位装置呈均匀分布。泄漏室位于第3、4道唇形密封之间，通过沿周边分布的若干个检查孔道连接隧道的常压空间，从而对泄漏情况进行监视。

为避免杂质侵入主轴承的前部密封，防止密封件和轴承座圈磨损，除正常的油脂润滑外，还采用主轴承密封脂。刀盘前部的迷宫环提供密封脂，通过油脂泵将油脂从油脂桶直接泵送到润滑点。

图2主轴承外密封系统

1-水压；2-刀盘；3-迷宫环；4-7-唇形密封；8-主轴承密封油脂室；9-EP-2油脂室；

10-11-润滑油室；12-泄漏室；13-主轴承；14-主轴承座圈

1.2铰接装置密封

盾尾与中盾之间一般采用铰接密封，见图3。铰接密封由3道石棉密封、2道隔环及1道紧急充气密封组成，装有可调压板以调节铰接密封的松紧。当铰接密封的$道石棉密封出现泄漏需要更换时，才将紧急密封充气使盾构铰接部位的缝隙暂时封闭起来，以防更换石棉密封时发生漏泥漏浆现象。由于紧急密封的材料是橡胶，它不能承受很大的摩擦和挤压，只有紧急情况下才使用。

图3  铰接密封

1-压板；2-中盾；3、4、6-石棉密封；5-隔环；7-紧急密封；8-盾尾

当盾构在曲线段掘进时，应根据其掘进的转向趋势相应调节铰接密封压板。先将密封压板的紧固螺栓松开，将转弯方向内侧的压板调整螺栓向外调节，将转弯方向外侧的压板调整螺栓向内调节，调整的范围以密封情况的改善为标准，调整完毕后将密封压板的紧固螺栓上紧。

1.3 盾尾密封

盾尾止水一般采用钢丝刷密封装置，常采用3~4道钢丝刷密封。图4为德国海瑞克公司泥水盾构的盾尾密封装置示意图。在大于0.6Mpa水压下施工时采用4道钢丝刷密封，每道盾尾密封之间能根据掘进速度自动注入密封油脂来提高止水性能。为了对付盾尾密封可能发生大量漏水的险情，日本生产的盾构机一般在第3道与第4道钢丝刷密封之间安装紧急止水装置。

图4  盾尾钢丝刷密封

1-第1道钢丝刷；2-第2道钢丝刷；3-第3道钢丝刷；4、5-密封油脂通道；

6-同步注浆通道；7-盾尾

2 管片防水

2.1提高管片制作精度

管片防水包括管片本体防水和外防水涂层。管片本体防水一般要求其抗渗标号不小于S8，在高水压地段使用的管片，其抗渗标号一般在s12-s16.。管片外防水涂层一般采用焦油氯磺化聚乙烯涂料为底层，环氧类树脂为表层。

管片应具有较高的制作精度。制作中采用高精度钢模，控制钢筋笼的加工和就位误差避免因管片制作误差大造成管片在拼装中的开裂。管片制作时通过合适的配合比和掺加添加剂，提高砼密实性，提高管片抵抗水渗透的能力，使管片自防水性能加强。水底盾构隧道使用的管片应进行抽样检漏测试，以0.8Mpa水压对管片背部进行4h检漏测试，以水份未渗过1/3厚度为合格。

2.2实施防水施工

防水施工包括管片间的弹性密封垫防水、相邻管片间的嵌缝防水及管片螺栓孔的防水。

1）密封防水    将密封材料涂敷或粘在管片接头面上，密封材料必须具有以下特点：a、具有弹性，在盾构推进油缸的推力和管片变形时不失去水密性；b、能承受盾构推进油缸的推力及管片螺栓的紧固力；c、不会影响管片的拼装精度；d、对管片有充分的粘附性；e、具有良好的化学稳定性和耐久性，能适应气候的变化；f、易于施工，具有均质性。一般使用和地下水反应而体积膨胀的吸水性聚合物和天然橡胶或尿烷等混合材料。在水底或地下水位以下或含水多的砂层施工时，有时将接头的止水带作成#排。管片的隅角部分要仔细粘贴和处理，以免在管片吊装时损坏止水带。

2）嵌缝防水事先在管片内侧的接头缝上预留嵌缝槽，嵌缝填料必须具有以下特点：a、既要具有水密性，又要具有良好的化学稳定性，能适应气候的变化；b、 湿润状态下易于施工； c、伸缩及复原性好；d、 硬化时不受水分影响；e、 施工后尽快成为非粘接，完全硬化时间短，伸缩小。填料材料以环氧树脂类、聚硫橡胶类、尿素树脂类为主材。铸铁管片用铅作为填料材。对紧固完后的管片，将嵌缝槽内的油、锈、水分等擦干净后，涂敷底漆和填充填料。管片螺栓的复紧以及管片嵌缝填充填料，在后配套操作台车上进行。

3）螺栓孔防水在螺栓垫圈和螺栓孔之间加上环状的充填材料，在紧固螺栓时，充填材料发生部分变形，填满在螺栓孔壁及垫圈表面形成的空隙中，达到防止螺栓孔漏水的目的。螺栓孔充填材料的特性是：a、 具有水密性，且伸缩性好；b、 能承受螺栓紧固力；c、具有耐久性，不老化。一般使用合成橡胶或合成树脂类的环状充填材料，也有使用尿烷类的水膨胀性充填材料。

4）尿烷类注入施工当密封施工、嵌缝施工仍止不住漏水时，要在漏水处设置注入槽，采用尿烷类药液进行注入充填，使其与地下水反应后，通过发泡、体积膨胀从而提高止水效果。

2.3控制施工质量

1）防止运输或起吊过程中造成管片开裂。

2）盾构推进过程中严格控制盾构机的姿态，避免管片开裂。盾构掘进施工的轴线控制影响管片拼装质量及接缝止水效果，如果盾构掘进坡度和纠偏过大，会造成隧道的蛇形，并产生拼装错台和接缝张开，严重时会使砼管片产生裂缝。盾构隧道施工轴线偏差值应控制在±100mm以内，掘进时应勤测勤纠偏。

3）管片拼装质量直接影响弹性密封垫的防水作用。拼装时应注意控制管片成环的椭圆度和管片环面的平整度。椭圆度是管片衬砌环的水平直径与竖向直径的差值，椭圆度过大会引起环缝张开量增大，易造成漏水。拼装后的初始椭圆度应控制在6‰直径以内，管片脱离盾尾后应尽量限制椭圆度的增大，应复紧管片联接螺栓，并注意控制管片背衬注浆部位、注浆量和注浆压力。环面不平整度一般是因管片制作和拼装精度不够，推进油缸推力不均衡引起，环面不平整度应控制在5mm内，若超出应用垫片填平补齐。

3   防止盾尾漏浆的措施

防止盾尾漏浆，施工中采取以下措施。

1）提高同步注浆质量每环推进前对同步注浆的浆液进行小样试验，严格控制初凝时间。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参数匹配。

2）保持泥水室的水压稳定在推进过程中，保持泥水室水压稳定，防止泥水室水压波动。在每次调高水压后需进行试推进，并安排专人观察盾尾漏浆情况，待确定盾尾无泥水逸漏后方可正式调高

泥水压力，进行正常推进。

3）盾尾漏浆对策当盾尾漏浆较严重时，配制初凝时间较短的双液浆进行壁后注浆，压浆部位

一般为后5-10环，并适当调低泥水室水压（水压调整量每次不大于0.05Mpa）。实施以上措施盾尾漏浆仍得不到控制时，则在6-8环处压注聚胺脂进行堵漏。

4）盾尾漏浆的应急预案在竖井预备大功率抽水机，以备在紧急情况下进行排水作业。

4 结束语

泥水盾构在水底或富水地段施工时，盾构隧道的防水是一项关键技术。盾构隧道漏水涉及到盾构制造、管片制造、防水材料及施工状况等诸多方面，但盾尾漏水与管片接缝漏水起主导作用，应特别引起重视和防范。