Análisis en profundidad y soluciones de prevención completas para fugas de agua y lodo durante la construcción de túneles de protección

Las fugas de agua y lodo son un peligro frecuente durante la construcción de túneles de protección para proyectos de túneles y metros. Ocurre principalmente en el sello de la cola del escudo, el sello de la articulación, el transportador de tornillo, las juntas de segmentos, el sistema de lechada y la cámara del suelo. Provocadas por factores combinados que incluyen el desgaste de los sellos del equipo, una operación de construcción inadecuada, un rendimiento inferior del material y condiciones hidrogeológicas complejas, las fugas graves pueden provocar el colapso del suelo, daños al equipo y accidentes de seguridad personal. El tratamiento deberá seguir el principio de prevención primero con prevención y mitigación integradas. Es fundamental mantener el sellado de los equipos, estandarizar la construcción del sitio, controlar la calidad de las materias primas y predecir los riesgos geológicos. La adopción de productos químicos de apoyo, como grasa antierosión para cola de protección, agente de espuma acondicionador de lodo y material de lechada de alto rendimiento, puede reducir eficazmente los riesgos de fugas y garantizar la seguridad de la construcción de túneles de protección.

1. Introducción: Peligros de fugas de lodo de agua en túneles de protección

Los túneles de protección son el método de construcción principal para subterráneos urbanos, túneles que cruzan ríos y túneles de servicios públicos. Sin embargo, las fugas de agua y lodo son un problema frecuente y difícil en la excavación de escudos en condiciones subterráneas complicadas.

Según las estadísticas, más del 60% de los defectos de calidad de los túneles de protección domésticos están relacionados con fugas de lodo de agua.

● Las fugas menores empeoran el entorno de trabajo en el túnel y aumentan los retrasos en la construcción.

● Los accidentes graves pueden provocar hundimientos del suelo, colapso de la superficie y daños a los equipos eléctricos e hidráulicos.

● Las filtraciones a largo plazo provocan corrosión del acero y deterioro del hormigón, lo que reduce la vida útil del túnel e incluso supone amenazas mortales para los trabajadores en el sitio.

Las fallas por fugas se concentran en varias posiciones típicas, con diferentes niveles de peligro y causas fundamentales.

2. Principales posiciones de fuga y causas fundamentales

2.1 Sistema de sello de cola de escudo (posición de mayor riesgo)

El sello de cola del escudo consta de cepillos de alambre de acero de múltiples hilos y grasa de sellado específica para bloquear el lodo de relleno y el agua subterránea. Causas principales de fugas:

● Grasa de cola de protección inadecuada: volumen insuficiente, presión de inyección baja o grasa de mala calidad arrastrada por el agua subterránea.

● Presión de inyección simultánea excesiva que excede el límite de 0,5 MPa, lo que rompe el sellado del cepillo de cola.

● Ensamblaje deficiente del segmento: segmento grande desplazado, esquinas del segmento dañadas, juntas impermeables deformadas o caídas.

● Postura irrazonable del escudo: corrección excesiva frecuente y conducción serpenteante que provoca un espacio libre desigual en la cola.

● Desgaste, rotura o deformación de los cepillos de cola del escudo.

2.2 Sistema de sello de articulación

La junta de articulación permite que la máquina de protección avance a lo largo de alineaciones curvas. En suelos arenosos ricos en agua, una ligera fuga puede convertirse rápidamente en un chorro de agua y arena. Los principales desencadenantes: juntas de sellado desgastadas, grasa de articulación insuficiente, ángulo de articulación excesivo durante la excavación de túneles en curva, pernos de conexión flojos y defectos de montaje.

2.3 Chorro del transportador de tornillo

Los chorros a menudo ocurren en estratos acuíferos de alta permeabilidad. Razones principales: acondicionamiento inadecuado del estiércol, funcionamiento de la cámara vacía, velocidad de rotación del tornillo demasiado alta, baja presión en la cámara de tierra y sellos de extremo del eje dañados.

2.4 Filtración de la junta del segmento

Es un defecto de calidad común a largo plazo en túneles, que abarca la fabricación de segmentos, el montaje en obra y la inyección de lechada:

● Defectos de segmentos prefabricados y juntas de estanqueidad no calificadas.

● Superficies de unión sucias, desplazamiento de segmentos y fuerza de apriete previo de tornillos insuficiente durante el montaje.

● Rejuntado simultáneo insuficiente o mal proporcionado, segmento flotante después de abandonar la cola del escudo.

2.5 Sistema de inyección simultánea

Las fugas provienen de tuberías desgastadas, sellos de bridas defectuosos, sellos del eje del mezclador dañados y proporciones de mezcla de lechada mal combinadas.

2.6 Cámara de suelo y frente de excavación

Las amenazas provienen principalmente de agua confinada a alta presión, cuevas kársticas imprevistas/zonas de fractura de falla, presión de soporte insuficiente y fallas de los sellos de los cojinetes principales.

3. Influencia de las condiciones geológicas y ambientales

La geología es el factor externo fundamental para el riesgo de fugas.

● Geología de riesgo extremadamente alto: capa de arena rica en agua, estrato de arena y grava, acuífero de agua confinada, zona de fractura de falla y formaciones kársticas, caracterizadas por una alta presión de agua y un gran coeficiente de permeabilidad.

● Factores ambientales: fluctuación estacional del nivel del agua subterránea, drenaje de pozos de cimentación cercanos y sobrecarga superficial, que pueden reabrir las juntas de túneles terminadas y desencadenar una filtración secundaria.

4. Contramedidas Integrales de Prevención y Control

Siguiendo el principio “Prevención primero, combinar prevención con tratamiento”.

4.1 Gestión de sellos de equipos

● Mantenga una inyección suficiente y estable de grasa para la cola del protector y grasa para las articulaciones, verifique el estado de la inyección de cada anillo.

● Inspeccionar periódicamente el estado de desgaste de los cepillos de cola, juntas de articulación y sellos del eje del tornillo transportador; reemplace los componentes dañados oportunamente.

● Complete la inspección de redondez y la prueba de sellado después de volver a ensamblar el escudo.

4.2 Control de Construcción en Sitio

● Controle estrictamente la presión de inyección simultánea por debajo de 0,5 MPa y garantice un volumen de inyección adecuado.

● Estabilice la postura de manejo del escudo, evite correcciones frecuentes de gran alcance.

● Mejorar la calidad del ensamblaje del segmento, controlar el desplazamiento del segmento, limpiar las superficies de las juntas y garantizar el par de apriete previo de los pernos.

● Optimizar la fórmula de acondicionamiento de lodo; prohibir la excavación con cámara vacía en terrenos ricos en agua.

4.3 Control de calidad de materiales

Lleve a cabo una inspección de entrada estricta de los materiales clave: grasa anticorrosión para cola de protección, juntas de estanqueidad para segmentos, agente acondicionador de espuma y materiales de lechada. Los productos no calificados serán rechazados.

4.4 Alerta previa de riesgos geológicos y preparación para emergencias

● Realizar predicciones geológicas avanzadas antes de excavar túneles; Elaborar esquemas de construcción especiales para secciones ricas en agua de alto riesgo.

● Almacenar materiales de taponamiento de emergencia y organizar simulacros de emergencia periódicos en caso de accidentes por fugas de lodo de agua.

5. Conclusión

Las fugas de agua y lodo durante la construcción de túneles de protección son un problema de acoplamiento de múltiples factores causado por el estado del equipo, la operación de la construcción, el rendimiento del material y las condiciones geológicas. Ninguna medida por sí sola puede eliminar completamente los riesgos.

La selección de materiales químicos de soporte de alto rendimiento (grasa antierosión para cola protectora, agente de espuma acondicionador de lodo, compuesto de lechada de alta resistencia) desempeña un papel vital para mejorar la confiabilidad del sellado, mejorar las propiedades del lodo y garantizar el efecto de relleno. Una combinación razonable de materiales junto con una gestión estandarizada del sitio puede reducir eficazmente los riesgos de fugas y garantizar una construcción de túneles de protección segura y eficiente.