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盾构始发是盾构施工中的重要工序，同时也是重大风险源。盾构始发阶段，洞门可能会发生涌沙、透水、坍塌等风险，为此选择有效的洞门密封结构对盾构始发至关重要。本文结合阿联酋迪拜深排洪隧道项目施工过程中采用的一种新型洞门密封结构，探讨此洞门密封结构特点及工序，为今后国内同类工程提供参考。

1 工程概述

阿联酋迪拜深排洪主隧道项目处于迪拜JEBEL ALI 海岸区域，是2020 年世界博览会场馆配套市政工程。隧道全长约为10.5km,管片内径为10m,埋深40～50m，隧道倾斜角为0.05%，包含5 个竖井，井口直径为约21m，区间地质主要由砂岩和泥岩组成。奥地利PORR 与比利时BESIX 联合体作为项目承包商负责施工，采用中铁装备制造的两台∅11.03m 的土压平衡盾构,其中TBM1 在竖井CS-5 始发向竖井CS-3 方向掘进，到达后拆机转场再始发由CS5 向TPS 方向掘进；TBM2 在竖井CS-4 始发经过DS-3 向竖井CS-3 掘进。

竖井CS-4在施工过程中在接近40m深度时，竖井底部发生突水。水量约为70～80m³/h，给原本计划采用新奥斯法施工的盾构始发隧道施工造成极大的困扰和风险。为降低风险等级同时加快施工进度，联合体上报迪拜市政厅进行施工设计变更，取消原有80m 盾构始发隧道，TBM2 采用分体始发完成整个隧道掘进任务。但盾构分体始发同样面临突水造成的风险，并且竖井深而井口直径小、渣土倒运、管片倒运等工序时间长，导致盾构施工进度缓慢。在盾构分体始发施工速度缓慢的情况下，如何在始发阶段有效控制大量的突水造成的风险，洞门密封起着决定性作用。

2 洞门密封

2.1 传统洞门密封形式及分析

1）帘幕橡胶法 帘幕橡胶法是采用厚钢板制作的翻板和帘幕橡胶板组合而成的一种盾构始发临时防水装置（图1）。在洞门钢环外侧悬挂帘布橡胶板安装圆环板及翻板或钢环内侧加焊洞门钢丝刷。盾构始发过程中，帘幕板和盾体及管片外侧接触形成密封腔，阻止水土流失，此方法使用方便，价格低廉，在国内普遍使用。

2）止浆袋法 止浆袋密封技术，原理是盾构始发前将止浆袋安装钢环内侧，待盾体全部进洞后灌入早强砂浆，使得止浆袋膨胀填充钢环与管片间隙达到密封效果（图2）。止浆袋法有结构简单、安装方便、密封和承载能力强等优点，在欧洲市场普遍采用的洞门密封方法。

3）适应性分析 根据设计图纸可知，洞门钢环与盾体外侧半径方向间隙为165mm;尾盾外侧与管片外侧半径方向间隙为150mm，洞门钢环与管片外侧半径方向间隙为315mm。因突水量大而且水压力高，在刀盘破土之前，必须保证洞门钢环和盾体之间良好的密封性，因此单纯的止浆袋法已不适应。

图1 帘幕橡胶法

图2 止浆袋法

若采用帘幕橡胶法，帘幕板在尾盾外侧与管片外侧过渡的过程中，可能因盾构姿态不正等导致密封不严，并且TBM 分体始发工序时间长，施工进速度缓慢，若不能有效密封洞门，可能导致出现涌水溜渣的风险发生，为此必须选择既能起到密封洞门与盾体间隙，又能密封洞门与管片间隙，并且能有效克服推进速度缓慢情况下能够平稳过的一种洞门密封结构。

2.2 新型洞门密封

该密封结构由3 道橡胶唇形密封和止浆袋组成（图3）。唇形密封作为尾盾未完全脱离洞门前，盾构在向前推进过程中洞门钢环与盾体外侧的动态密封装置。两道道密封之间设有油脂注入口，可以向密封腔内注入油脂形成一定的压力，从而抵消前部的水土压力。合理设置密封之间的间距，确保唇形密封在尾盾外侧与管片外侧过渡时，为止浆袋留有足够的作业时间。止浆袋密封作为尾盾脱离唇形密封后，洞门钢环与管片外侧的静态密封装置。通过钢环预留砂浆注入口，向袋内注入一定配合比的砂浆，使其膨胀建立一定的压力紧贴管片外侧。待砂浆完全凝固后，利用盾构同步注浆来封堵洞门，止浆袋及闸门板配合起到密封作用。

图3 新型洞门密封结构图

1）唇形密封 选择依据：刀盘半径R5 525mm，前盾半径R5 510mm，中盾半径R5 505mm，尾盾半径∅5 500mm,前盾和尾盾半径差为10mm,唇形密封必须一定范围内的有效区间才能在前盾、中盾、尾盾位置均有良好的密封性。参数介绍：唇形密封唇口自由状态下半径R5 415mm,工作区间为90mm(±45mm),有效区间为90mm（图4）,使得前盾、中盾、尾盾半径均处于有效的工作区间范围内。

图4 唇形密封关键尺寸

2）止浆袋 选择依据：洞门钢环和尾盾外侧间隙165m，与尾盾外侧与管片间隙150mm，共计315mm，同步注浆要最大为6bar。依据厂家提供的抗压与内衬间隙图，选择∅800mm满足要求。

3 施工工序

3.1 洞门密封安装

1）密封钢环地面拼装 因洞门钢环为分4 块到货，为保障洞门钢环的安装质量需要在地面进行拼装焊接并校准圆度及水平度。

2）唇形密封安装 采用M12×190 的10.9级螺栓固定安装，利用10mm 的钢板作为压条将密封压实固定在密封槽中，3 道密封采用由下到上依次安装，按力矩要求将螺栓固定好，注意打磨平钢环接茬位置的焊缝（图5）。

3）止浆袋安装 安装时应先固定顶部沿着两侧向底部安装，完成后用在止浆袋上铺盖2mm 的薄钢板作为防护板对止浆袋进行保护，防止在被盾体推进过程中摩擦造成损坏（图6）。

4）其他事项 闸门板安装固定并处于打开状态，并将止浆袋位置注浆阀门安装到位，注浆设备和管路连接完成。唇形密封的油脂注入接口清理干净，并将管路、油脂泵连接好。

图5 唇形密封安装

图6 止浆袋安装

3.2 盾体密封

合理的选择始发架和洞门钢环之间的距离，确保在组装过程中主机的重心不在洞门钢环上。将盾体外侧的焊接割疤，修正打磨平整，并在唇形密封上涂抹的润滑油脂，避免盾体对唇形密封造成损伤。

前盾切口环进入第1 道唇形密封位置，开启油脂泵向第1 道和第2 道唇密封腔注入盾尾油脂，根据理论注入量，对密封间隙进行填充。

刀盘破洞门向推进过程中，观察唇形密封和盾体之间的泄露情况，并通过调整油脂注入量来控制密封腔的压力，确保与刀盘前水土压力平衡。

3.3 管片密封阶段

盾构向前推进，尾盾尾部位置脱离止浆袋后，通过地面注浆设备向止浆袋内灌入一定配比的砂浆，根据以往经验砂浆配备比例为水灰比0.5，其中灰由25%的水泥和75%粉煤灰调制砂浆。注浆工序如下：①注浆前检查：将防护板取出，并检查管片空隙之间是否清洁；②注浆系统调试：推进使用厂家推荐的螺杆泵，压力不高于6bar；③注浆顺序：从底部开始，作业对称注入，每个注入孔分多次间歇注入，并观察注入压力；④注浆结果检验：当各个孔的注入压力均到达6bar，检查止浆袋是否完全充满，对存在褶皱的部位用光滑的工具将其舒展，并注意不要造成损坏；⑤下放闸门板：当止浆袋全部充实后，下放闸门板，并将螺栓紧固好(图7)。

3.4 洞门封堵阶段

图7 止浆袋封堵洞门

止浆袋内的砂浆凝固后，盾构继续向前推进1 环时，开启盾构同步注浆系统，来封堵洞门检验洞门密封效果。同步注浆压力控制不高于6bar,控制每环注浆量在20m³。

在实际应用中，同步注浆实际注入量和理论注入量相近，洞门密封完好，未发生涌水等现象，地面未发生沉降。唇形密封效果良好，盾体和洞门之间未发生泄露，止浆袋密封效果同样取得良好的密封效果。

4 结论

本文以迪拜深排洪隧道项目为背景，富水地层分体始发风险分析、洞门密封的选择、施工工序阐述了新型组合洞门密封成功应用，得出以下相关结论。

1）对富水量大的盾构始发洞门封采用唇形密封和止浆袋的组合方式能够有效地克服突水、涌水带来的风险。

2）唇形密封和止浆袋合成的组合洞门密封，可以提前工厂预制，现场安装简单快捷等特点，可以为项目节约工期。