Análise aprofundada e soluções completas de prevenção para vazamento de água e lama durante a escavação Túneis

O vazamento de água e lama é um perigo frequente durante a construção de túneis em projetos de metrô e túneis. Ocorre principalmente em vedação de cauda de proteção, vedação de articulação, rosca transportadora, juntas de segmento, sistema de rejuntamento e câmara de solo. Desencadeados por fatores combinados, incluindo desgaste da vedação do equipamento, operação de construção inadequada, desempenho inferior do material e condições hidrogeológicas complexas, vazamentos graves podem levar ao colapso do solo, danos ao equipamento e acidentes de segurança pessoal. O tratamento seguirá o princípio da prevenção em primeiro lugar com prevenção e mitigação integradas. É fundamental manter a vedação dos equipamentos, padronizar a construção do canteiro, controlar a qualidade das matérias-primas e prever riscos geológicos. A adoção de produtos químicos de suporte, como graxa anti-erosão para cauda de proteção, agente de espuma condicionador de sujeira e material de rejunte de alto desempenho, pode efetivamente reduzir os riscos de vazamento e garantir um túnel de proteção seguro.

1. Introdução: Riscos de vazamento de lama de água em túneis de proteção

O tunelamento de escudo é o método de construção convencional para metrôs urbanos, túneis que atravessam rios e túneis utilitários. No entanto, o vazamento de água e lama é um problema frequente e difícil na escavação de escudos sob condições subterrâneas complicadas.

Segundo as estatísticas, mais de 60% dos defeitos de qualidade dos túneis de blindagem domésticos estão relacionados ao vazamento de lama de água.

● Pequenos vazamentos pioram o ambiente de trabalho do túnel e aumentam os atrasos na construção.

● Acidentes graves podem causar subsidência do solo, colapso da superfície e danos a equipamentos elétricos e hidráulicos.

● A infiltração a longo prazo causa corrosão do aço e deterioração do concreto, reduzindo a vida útil do túnel e até trazendo ameaças fatais aos trabalhadores no local.

As falhas de vazamento concentram-se em diversas posições típicas, com diferentes níveis de perigo e causas raízes.

2. Principais posições de vazamento e causas raízes

2.1 Sistema de vedação da cauda do escudo (posição de maior risco)

A vedação traseira da blindagem consiste em escovas de arame de aço multifilamentos e graxa de vedação dedicada, para bloquear lama de aterro e água subterrânea. Principais causas de vazamento:

● Graxa de cauda de proteção inadequada: volume insuficiente, baixa pressão de injeção ou graxa de baixa qualidade arrastada pelas águas subterrâneas.

● Pressão excessiva de rejuntamento simultâneo excedendo o limite de 0,5MPa, rompendo a vedação da escova traseira.

● Má montagem do segmento: deslocamento de segmento grande, cantos de segmento danificados, juntas impermeáveis deformadas ou caídas.

● Postura irracional do escudo: correção excessiva frequente e condução semelhante a uma cobra, causando folga irregular da cauda.

● Desgaste, rasgo ou deformação das escovas traseiras do escudo.

2.2 Sistema de Vedação de Articulação

A junta de articulação permite que a máquina de blindagem se mova ao longo de alinhamentos curvos. Em terrenos arenosos ricos em água, pequenas fugas podem evoluir rapidamente para jatos de água e areia. Principais gatilhos: juntas de vedação desgastadas, graxa de articulação insuficiente, ângulo de articulação excessivo durante túneis em curva, parafusos de conexão soltos e defeitos de montagem.

2.3 Jorro do transportador helicoidal

O jorro ocorre frequentemente em estratos contendo água de alta permeabilidade. Razões principais: condicionamento inadequado do lodo, operação da câmara vazia, velocidade de rotação da rosca muito alta, baixa pressão na câmara de aterramento e vedações da extremidade do eixo danificadas.

2.4 Infiltração da Junta do Segmento

É um defeito comum de qualidade em túneis de longo prazo, abrangendo fabricação de segmentos, montagem no local e rejuntamento:

● Defeitos em segmentos pré-moldados e juntas anti-água não qualificadas.

● Superfícies de junta sujas, deslocamento de segmento e força insuficiente de pré-aperto dos parafusos durante a montagem.

● Rejuntamento simultâneo insuficiente ou mal proporcionado, segmento flutuando após sair do escudo traseiro.

2.5 Sistema de Rejuntamento Simultâneo

O vazamento vem de tubulações desgastadas, vedações de flange com falha, vedações de eixo de misturador danificadas e proporção de mistura de argamassa inadequada.

2.6 Câmara de Solo e Face de Escavação

As ameaças vêm principalmente de águas confinadas de alta pressão, cavernas cársticas imprevistas/zonas de fratura de falhas, pressão de suporte insuficiente e falha nas vedações dos mancais principais.

3. Influência das condições geológicas e ambientais

A geologia é o fator externo fundamental para o risco de vazamento.

● Geologia de risco extremamente alto: camada de areia rica em água, estrato de areia e cascalho, aquífero de águas confinadas, zona de fratura de falhas e formações cársticas, caracterizadas por alta pressão de água e grande coeficiente de permeabilidade.

● Fatores ambientais: flutuação sazonal do nível das águas subterrâneas, drenagem de poços de fundação próximos e sobrecarga superficial, que podem reabrir juntas de túneis concluídas e provocar infiltração secundária.

4. Contramedidas abrangentes de prevenção e controle

Seguindo o princípio “Prevenção em primeiro lugar, combine prevenção com tratamento”.

4.1 Gerenciamento de vedação de equipamentos

● Mantenha a injeção suficiente e estável de graxa de cauda de proteção e graxa de articulação, verifique o status da injeção para cada anel.

● Inspecionar regularmente o estado de desgaste das escovas traseiras, juntas de articulação e vedações do eixo da rosca transportadora; substitua os componentes danificados em tempo hábil.

● Conclua a inspeção de circularidade e teste de vedação após a remontagem da blindagem.

4.2 Controle de Construção no Local

● Controle rigorosamente a pressão simultânea de rejuntamento abaixo de 0,5 MPa, garantindo um volume de rejuntamento adequado.

● Estabilize a postura de condução do escudo, evite correções frequentes de grande alcance.

● Melhore a qualidade da montagem do segmento, controle o deslocamento do segmento, limpe as superfícies das juntas e garanta o torque de pré-aperto dos parafusos.

● Otimizar a fórmula de condicionamento de sujeira; proibir a escavação em câmaras vazias em terrenos ricos em água.

4.3 Controle de Qualidade de Materiais

Realize uma inspeção rigorosa de entrada para os principais materiais: graxa anti-corrosão para a cauda do escudo, juntas anti-água para segmentos, agente condicionador de espuma e materiais de rejunte. Produtos não qualificados serão rejeitados.

4.4 Pré-alerta de risco geológico e preparação para emergências

● Realizar previsões geológicas antecipadas antes da escavação de túneis; compilar esquemas de construção especiais para seções ricas em água de alto risco.

● Armazene materiais de obstrução de emergência e organize exercícios de emergência regulares para acidentes com vazamento de água e lama.

5. Conclusão

O vazamento de água e lama durante a escavação do túnel é um problema de acoplamento multifatorial causado pelo status do equipamento, operação de construção, desempenho do material e condições geológicas. Nenhuma medida isolada pode eliminar completamente os riscos.

A seleção de materiais químicos de suporte de alto desempenho (graxa de proteção antierosão, agente de espuma condicionador de sujeira, composto de rejunte de alta resistência) desempenha um papel vital no aumento da confiabilidade da vedação, melhorando as propriedades da lama e garantindo o efeito de preenchimento. A combinação razoável de materiais junto com o gerenciamento padronizado do local pode reduzir efetivamente os riscos de vazamento e garantir um túnel de blindagem seguro e eficiente.