淺談盾構(gòu)掘進過程中更換盾尾刷的技術(shù)

任伯楠

摘 要：在盾構(gòu)施工法中，盾尾刷密封系統(tǒng)是保護盾構(gòu)正常掘進保障施工安全的關(guān)鍵系統(tǒng)，本文結(jié)合天津6號線R1合同段徐莊子——金鐘街站區(qū)左線具體施工情況，提出相關(guān)對盾尾刷的保護技術(shù)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；盾尾刷；保護技術(shù)

1 引言

在盾構(gòu)施工的逐漸完善之下，盾構(gòu)工法已成為當前隧道與地鐵建設中的主流優(yōu)選方案。此工法中，盾構(gòu)推進過程中盾尾刷的完好程度直接影響著施工的安全和進度，尤其是在復雜城市建筑群下的盾構(gòu)掘進施工，盾尾密封系統(tǒng)是保證地表沉降與盾構(gòu)施工安全的關(guān)鍵。

盾尾刷的主要功能是避免土砂、地下水、泥水和同步注漿漿液泄漏到盾尾，并確保盾構(gòu)施工的安全。如果盾構(gòu)尾部發(fā)生滲漏，注漿質(zhì)量將被破壞，輕者因盾尾漏漿影響施工進度，重者打破土體平衡，導致地表下沉，甚至管片變形或移位。換言之，保護盾尾刷就是降低施工風險與間接加快施工進度，因此推進過程中盾尾刷的保護工作尤為重要。

2 盾尾刷簡介

盾尾刷是使用盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)機的一個充物，在盾構(gòu)機殼體和管片之間起到良好的密封。

盾尾刷的主要結(jié)構(gòu)分為前后保護板、中保護板、不銹鋼絲、網(wǎng)片和外蓋板。前后保護板采用65Mn材料制成，厚度為1.0mm，HRC45±2采用特殊工藝進行熱處理，角度變化小于5度，確保角度支撐，達到密封性能，提高耐磨性，保護不銹鋼絲；中間保護板采用0.6mm 65Mn材料，經(jīng)特殊工藝熱處理HRC45±2，角度變化小于5度，增加角度支撐，確保密封；不銹鋼絲part0.35馬氏體不銹鋼絲經(jīng)特殊彎曲加工處理，360度不規(guī)則彎曲，密封油脂用量達到密封效果；網(wǎng)眼使用40目的不銹鋼絲；外殼采用Q235低碳鋼熱軋板和Q235制成。

3 工程概況

本工程是以天津地鐵6號線R1合同段徐莊子——金鐘街站區(qū)間左線為例，該區(qū)間從徐莊子站始發(fā)，側(cè)穿津薊高速、下穿金鐘河立交橋與北環(huán)鐵路，最后在金鐘河站進行接收。

4 盾尾刷失效過程及原因分析

4.1 盾尾刷失效過程

盾尾密封刷之間的間隙（油脂倉）通過注入盾尾密封油脂在管片外弧面與盾尾之間形成壓力倉，每個注入點通過一個氣動油脂閥控制注入量，防止同步注入的水泥漿及地下水通過盾尾流入隧道。

盾構(gòu)始發(fā)后掘進至300環(huán)左右時，盾尾刷開始頻繁出現(xiàn)漏漿。掘進至350環(huán)附近開始大量漏漿、噴漿。理論每環(huán)6方的注漿量，實際也就2至3方，注漿量遠遠達不到要求，地面開始出現(xiàn)預警沉降。且每環(huán)推進結(jié)束拼裝管片前要花費大量的人力來清理漏出的漿液，嚴重影響了施工進度。

4.2 失效原因分析

①隧道主要位于⑧2淤泥層中，一小部分位于⑨1粘土層中。土層具有大滲透系數(shù)。在掘進過程中，承壓水將細砂帶入油脂倉內(nèi)，這增加了盾尾部的摩擦阻力，鋼絲刷磨損，最終導致盾尾刷損壞失效。

②地鐵隧道段上方的表面是主要道路和鐵路線。為了有效地控制地表沉降，確保交通干道和鐵路線的安全，盾構(gòu)施工時盾尾的同步注漿較大，基本達到理論間隙的200%～220%。灌漿壓力也相應提高，在壓力較大的情況下，也容易造成盾尾刷損壞。

③在小曲線半徑掘進時，盾尾間隙受盾構(gòu)掘進姿態(tài)的影響，間隙變得不再均勻，間隙較小的一側(cè)盾尾刷極易受到擠壓，造成塑性變形，從而導致尾刷失效出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

④出廠管片質(zhì)量不達標，養(yǎng)護齡期不足，且由于盾構(gòu)掘進24小時進行，兩班拼裝手拼裝水平參差不齊等原因，拼裝完成后的管片外弧面發(fā)生碎裂，大塊的混凝土碎塊進入油脂倉，對盾尾刷損害較大。

⑤盾構(gòu)始發(fā)前，手涂油脂填充不密實，導致尾刷過度磨損。

綜上所述，為確保該工程順利的穿越北環(huán)鐵路沿線，保障施工安全，需擬采取如下措施：

①每環(huán)盾尾油脂注入壓力達到標準值，時刻關(guān)注油脂消耗量過大或者壓力降低的情況。

②推進過程中，若連續(xù)出現(xiàn)每環(huán)漏漿量達到3方及以上，分析原因是由管片姿態(tài)導致亦或?qū)Χ芪菜⑹В艄芷藨B(tài)良好，則考慮檢查盾尾刷，必要時立即停機更換。

5 盾尾刷更換技術(shù)

5.1 停機位置的確定

考慮到區(qū)間430環(huán)下穿北環(huán)鐵路，施工過程風險大，更換盾尾刷要挑選相對空曠的地方。為防止盾尾泄漏以及注漿量不能達到施工標準對地面沉降造成的巨大風險，項目部決定在382環(huán)的開始處停止作業(yè)并更換盾尾刷。

5.2 地下水封堵

停機后組織人員通過盾構(gòu)機土倉壁球閥向土倉內(nèi)注入膨潤土，防止做止水環(huán)的雙液漿回流進入刀盤將其裹死，從而導致盾構(gòu)機在恢復掘進后刀盤扭矩過大無法啟動。

從盾構(gòu)機超前注漿孔，注人水溶性聚氨酯。防止管片背后補注水泥漿時，將盾構(gòu)機殼體裹死。

此盾構(gòu)區(qū)間使用的管片為1.5m的特殊管片。除了吊裝孔，還有其他額外的灌漿孔。在更換盾尾刷之前，對盾尾刷后部的2-16環(huán)的管片用10#的槽鋼拉結(jié)，然后再使用1：1的雙液漿（1：1的水泥漿與水玻璃）進行二次注漿，將管片的后方來水完全封死，形成有效的止水環(huán)。

5.3 盾尾刷更換順序及過程

完成前述準備工作后，可以更換盾尾部刷。更換時可以參照下面的方式：當更換盾尾刷時，封頂塊K位于管環(huán)的1點鐘位置。因此，盾尾刷的更換順序可以根據(jù)K→C→B→A1→A2→A3段順時針進行，也可以根據(jù)順時針方向進行。K→C→A3→A2→A1→B段逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖5-1所示。當使用組裝機和長臂去除內(nèi)部2盾尾刷上的封蓋塊時，有必要確定盾尾部是否有泄漏。若還出現(xiàn)漏水情況，必須采取措施，例如填充漿液并在漏水處用硬海綿填充。如有必要，使用發(fā)泡聚氨酯來阻止泄漏。如果在移除封蓋塊后確定盾尾部沒有泄漏，則移除相鄰的塊，并及時更換盾尾刷。此外，及時焊接6cm的支撐鋼條，防止管片整體下落到盾殼上而失去了間隙。導致后期管片無法拼裝且卡盾尾。

當移除管片且確認沒有不良泄漏時，可以切斷盾尾刷并且對切割區(qū)域進行磨光操作。切割后重新焊接新的盾尾刷，相鄰盾尾刷之間的間距不應超過3 mm，測量盾尾部周圍的間隙并做好相應的記錄。

5.4 盾尾刷更換完成后處理措施

在盾尾刷全部更換完成并檢查合格后，開始進行人工涂抹手涂油脂，填充標準按始發(fā)時標準涂抹，一定要填充密實。在檢查確認油脂達到要求后，開始讓拼裝手開始按照技術(shù)交底中的要求重新對管片進行拼裝，拼裝完成后用拼裝模式將16個千斤頂全部頂出，使兩環(huán)管片接觸緊密，再安裝整環(huán)螺栓并在掘進三環(huán)后及時復緊加固。管片安裝完成后，用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，焊接的支撐鋼條在恢復正常前進行割除。在油脂腔達到預設壓力后，開始準備恢復掘進。

6 盾尾刷保護措施

結(jié)合以上盾構(gòu)掘進盾尾刷損壞及更換的實際案例，可以從以下幾個方面對盾尾刷進行保護：

①同步注漿：盾構(gòu)施工中，必須嚴格監(jiān)督拌合站的同步注漿材料比例，每環(huán)漿液都要進行嚴格實驗。

②油脂選擇：油脂質(zhì)量的好壞嚴重影響密封的性能。有些油脂受外因影響，物理性能會出現(xiàn)極大地彈性，故選擇優(yōu)質(zhì)的油脂對于尾刷的保護亦有著至關(guān)重要的作用。

③盾構(gòu)機姿態(tài)控制：過度調(diào)整盾機的姿態(tài)使得盾機出現(xiàn)“蛇形”形狀推進，導致盾尾側(cè)間隙較大，間隙較大可能造成漿液泄露，而小間隙會導致盾尾刷被擠壓。超過其極限拉伸強度，使盾尾密封作用出現(xiàn)下降，而逐漸導致輕微漏漿-嚴重漏漿-地表沉降等等。故推進時的姿態(tài)調(diào)整與拼裝點位的調(diào)整不能過激過急。對于主動鉸接的設備更要提前進行收放。

7 結(jié)語

本文結(jié)合天津地鐵6號線實例，對地鐵隧道掘進過程中盾尾刷失效過程及其原因進行了簡單的分析，且針對盾尾刷的更換淺表了具有一般適用性的方案，對盾尾刷損壞成因亦提出了相應的治理措施。

綜上總結(jié)了如下經(jīng)驗，供具有相似情況的施工單位參考：

①盾構(gòu)下井安裝前，尾刷一定采用高質(zhì)量尾刷，且焊接質(zhì)量一定要達到規(guī)定的強度標準，尾刷焊接完成后，手涂油脂務必要填充密實，嚴禁出現(xiàn)填充不飽滿現(xiàn)象。

②在盾構(gòu)始發(fā)第一環(huán)負環(huán)管片拼裝前，所有油脂管路都要確定是否全部可以打出油脂。且在盾構(gòu)前期設計聯(lián)絡時，可以協(xié)商盾構(gòu)廠家適當?shù)脑黾觽溆糜椭苈罚詰獙笃谀骋挥椭⑷朦c發(fā)生堵塞而導致的密封腔油脂供應不足的問題。

③貨比三家，選用高口碑的優(yōu)質(zhì)供貨商供貨，且要求供貨商針對不同的地層、溫度及時對供應的油脂進行調(diào)整，以到達有效的盾尾密封。

④加強司機、拼裝手的專業(yè)技能鍛煉，避免出現(xiàn)因姿態(tài)糾偏、管片拼裝造成的質(zhì)量問題從而影響盾尾密封系統(tǒng)。

⑤盾尾發(fā)生漏漿時，一定要給與足夠的重視，且進行問題分析，提前做好專項的應急預案，以及時規(guī)避險情。

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