泥水平衡盾構(gòu)施工中的盾尾密封保護(hù)技術(shù)探討

摘要：在泥水平衡盾構(gòu)施工過程中，盾尾密封是盾構(gòu)施工的主要組成部分，必須合理使用和保養(yǎng)維護(hù)。文章介紹了盾尾密封在實(shí)際施工案例中的使用和保養(yǎng)維護(hù)，以防止在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中出現(xiàn)盾尾刷損壞、盾尾密封失效，從而導(dǎo)致盾構(gòu)盾尾經(jīng)常性漏水或漏漿，嚴(yán)重時出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：泥水平衡盾構(gòu)施工；盾尾密封保護(hù)技術(shù)；盾尾刷；盾尾油脂；盾構(gòu)掘進(jìn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2015）31-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.059

1 盾尾密封的組成形式

盾尾密封是盾構(gòu)施工的主要組成部分，盾尾密封是由三道鋼絲刷、六道彈簧鋼板及密封油脂系統(tǒng)組成。注脂孔數(shù)為2倉×4孔=8孔（圖1盾尾密封的組成示意圖）。

鋼絲刷是盾尾密封件的主要部件，是由保護(hù)鋼板、不銹鋼鋼絲、隔層網(wǎng)和不銹鋼鋼板組成，當(dāng)受到管片的壓力后，鋼絲刷和內(nèi)側(cè)鋼板緊貼住管片外壁，通過鋼板及鋼絲的彈力與管片外壁保持密貼，從而實(shí)現(xiàn)密封作用（圖1盾尾刷的組成示意圖）。

由于管片與盾尾刷之間會因?yàn)槎軜?gòu)掘進(jìn)產(chǎn)生相對運(yùn)動，為了保證盾尾刷的鋼絲和鋼板不會因?yàn)榕c管片之間的摩擦力而產(chǎn)生脫落情況，特在兩道盾尾刷之間的油脂倉內(nèi)充填盾尾油脂，一般充填壓力在15～30bar之間。

2 常見的盾尾密封失效形式與原因

盾尾密封在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中要做好保護(hù)，盾尾密封失效是指密封效果無法滿足使用的要求，導(dǎo)致盾構(gòu)盾尾經(jīng)常性漏水或漏漿，嚴(yán)重時出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象。

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中常見的密封失效形式，主要有以下四種原因：（1）盾尾鋼絲刷彈性失效，無法自行恢復(fù)變形；（2）油脂倉內(nèi)油脂壓力補(bǔ)充不足或油脂倉內(nèi)有空倉現(xiàn)象；（3）油脂倉內(nèi)有雜物或充填了水泥漿，導(dǎo)致無法形成密封效果；（4）盾尾刷的鋼絲或保護(hù)鋼板脫落，導(dǎo)致耐壓不夠。

造成以上盾尾密封失效主要有以下四種原因：（1）盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產(chǎn)生塑性變形而失效；（2）盾尾油脂質(zhì)量較差，流動性不好，進(jìn)入油脂倉內(nèi)不能完全充填滿油脂倉；（3）拼裝管片造成的管片碎塊或盾尾內(nèi)的泥渣未及時清理干凈，隨盾構(gòu)掘進(jìn)而進(jìn)入油脂倉內(nèi)，影響了油脂倉的密封效果；（4）同步注漿或管片補(bǔ)漿是壓力控制不當(dāng)，漿液進(jìn)入盾尾刷內(nèi)凝固成塊狀，長期無法清理，導(dǎo)致油脂充填不到位，從而影響密封效果。

3 盾尾密封的管理與控制

保護(hù)好盾尾刷是保證盾尾密封的關(guān)鍵工作，做好盾尾密封的管理要從設(shè)備材料、注入盾尾油脂、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制三個主要方面進(jìn)行完善與控制。

3.1 盾尾密封主要材料設(shè)備管理

盾尾密封的主要材料設(shè)備是盾尾油脂、盾尾刷及盾尾油脂泵。

盾尾油脂的主要指數(shù)要滿足如下條件：抗水性>32kg/cm2，比重1.2～1.4g/cm3，具有防水沖蝕和抗蠕動性，流動性好。盾尾油脂必須有專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。在使用過程中要做好盾尾油脂的管理，存放時間不宜過長，放置于陰涼處，以防止油脂表面固結(jié)。

盾尾刷的質(zhì)量也相當(dāng)重要，目前使用的盾尾刷一般要求盾尾刷鋼絲是直徑為0.3～0.4mm的鍍銅鋼絲，前保護(hù)鋼板為雙層彈簧板（1.0mm+1.0mm）。

盾尾油脂泵是保證盾尾油脂能夠泵送入油脂倉的壓力來源，油脂泵的工作參數(shù)和工作狀態(tài)是保證泵送油脂的關(guān)鍵所在，根據(jù)公司實(shí)際使用情況對比，宜選擇泵送流量較大、壓縮比較大的泵，從而提高油脂的注入量和注入壓力，保證油脂的填充效果。

3.2 盾尾油脂注入的管理

盾尾油脂注入管理主要就是保護(hù)盾尾刷，減少盾尾漏漿、漏水。盾尾油脂注入的管理主要注意以下五點(diǎn)：（1）正常掘進(jìn)情況下，應(yīng)選用自動模式注入油脂，補(bǔ)充油脂艙內(nèi)的損耗量；（2）停機(jī)情況下，手動模式對漏漿位置進(jìn)行補(bǔ)充油脂，提高盾尾倉內(nèi)油脂壓力；（3）注入量的控制；（4）注入壓力的控制。壓力不宜過高，如出現(xiàn)盾尾有油脂漏出，應(yīng)停止壓力較高的空位。具體壓力控制應(yīng)視切口水壓及注漿壓力而定，注油脂壓力最大不超過40bar；（5）更換油脂時要注意清潔，不可將砂粒等顆粒狀東西掉入油脂桶中。

3.3 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制

盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)要求應(yīng)盡量根據(jù)設(shè)計(jì)線路進(jìn)行，盡量避免線路偏差。但在實(shí)際掘進(jìn)過程中，因地質(zhì)情況等原因，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)經(jīng)常會偏離隧道的設(shè)計(jì)線路，從而會使盾尾間隙過小而造成管片破損的情況的發(fā)生。盾尾間隙過小，會導(dǎo)致盾尾刷被過度擠壓，在盾構(gòu)推進(jìn)的過程中與管片容易產(chǎn)生相對運(yùn)動，易導(dǎo)致盾尾密封的彈簧板和鋼絲脫落，使密封失效。管片破損后的碎塊進(jìn)入管片背面，然后擠壓通過盾尾刷進(jìn)入油脂倉，阻斷了油脂流動的通道，導(dǎo)致盾尾密封失效。如果盾構(gòu)機(jī)偏離設(shè)計(jì)線路時，在糾偏過程中不要過急，為保證盾構(gòu)的鉸接密封、盾尾鋼絲刷密封的良好工作性能，同時也為了保證管片不受損壞，應(yīng)盡量做好噸位間隙的控制，保持上下左右比較均勻的盾構(gòu)姿態(tài)。

盾尾間隙是管片選擇點(diǎn)位的主要依據(jù)，盾構(gòu)機(jī)盾尾標(biāo)準(zhǔn)間隙為75mm，而實(shí)際間隙是30mm，因?yàn)槎芪蔡幱幸桓?5mm的凸臺，所以在測量噸位間隙的時候，應(yīng)該確認(rèn)是量了哪個地方，管片拼裝前測量的位置應(yīng)該是凸臺面，拼裝后的測量位置是管片拼裝區(qū)域，但管片相對盾尾的姿態(tài)是統(tǒng)一的，在拼裝好上一環(huán)管片后，必須對管片的上、下、左、右四個位置的盾尾間隙進(jìn)行測量，根據(jù)盾尾間隙及隧道線型進(jìn)行調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，保持間隙的合理性。

4 盾尾擁砂的封堵措施

4.1 雙液漿封堵

一般情況下盾尾涌砂的封堵通常采用在管片吊裝孔位置補(bǔ)注雙液漿的方法進(jìn)行封堵。雙液漿是水泥漿與水玻璃的混合液，按10∶1的比例進(jìn)行混合，利用水玻璃的速凝催化作用，可以實(shí)現(xiàn)控制水泥漿初凝時間在10～13秒的效果，通過水泥漿的速凝作用，達(dá)到堵住涌砂通道的作用，從而減少涌砂的風(fēng)險。

利用補(bǔ)注雙液漿對涌砂位置進(jìn)行封堵是最有效也是最易實(shí)現(xiàn)的方法，但補(bǔ)注雙液漿必須注意以下三點(diǎn)：（1）補(bǔ)注位置的選擇。補(bǔ)注雙液漿的位置要由遠(yuǎn)及近，從距離涌砂點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置開始注入；（2）漿液配比控制。水泥漿與水玻璃的不同配比初凝時間是不同的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般以控制初凝時間在10～13秒為宜，通過實(shí)驗(yàn)水泥漿與水玻璃比例為10∶1；（3）注漿壓力控制。從遠(yuǎn)端開始注入時，注漿壓力可以適當(dāng)提高，但壓力一般不超過6～8bar，以避免擊穿地表。在距離盾尾最近的第三環(huán)注漿時，壓力不得大于5bar。

4.2 注聚氨酯封堵

在透水性強(qiáng)的砂層中，通過注雙液漿封堵涌砂通道后，還需補(bǔ)注水溶性聚氨酯，用于封堵地下水，放置因?yàn)榈叵滤畨夯蚯锌谒畨簱舸┒芪裁芊狻?/p>

聚氨酯具有良好的親水性，漿液遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體，有良好的止水性能，形成的彈性膠狀體具有如下特點(diǎn)：（1）抗?jié)B性：該材料抗?jié)B性能在680kPa以上，防水效果顯著；（2）抗壓性：在標(biāo)準(zhǔn)砂漿中固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度一般在4.9～19.6MPa之間；（3）膨脹率大，不收縮，正常與水反應(yīng)砂漿可以形成10～20倍泡沫體；（4）適應(yīng)性廣，對各種水質(zhì)的適應(yīng)性很強(qiáng)；（5）不易被流動水沖散，隨著流動水流速的增加，其堵水面積會相應(yīng)擴(kuò)大。

5 結(jié)語

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中必須合理使用和保養(yǎng)維護(hù)好盾尾密封，以防止盾尾密封失效，從而出現(xiàn)盾構(gòu)盾尾經(jīng)常性漏水或漏漿，嚴(yán)重時出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳浩（1984-），男，江蘇宿遷人，供職于廣東華隧建設(shè)股份有限公司，研究方向：市政工程施工管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint