淺談盾構施工中盾尾密封裝置受損的原因分析及防治措施

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摘要：盾構施工法中，盾尾密封系統是實現盾構正常掘進的一個關鍵系統，本文結合實際施工情況，介紹盾構機盾尾密封裝置受損的常見原因及防治措施。

關鍵詞：盾構施工；盾尾刷；防治措施

1 盾尾刷構造

盾尾刷一般由三道鋼絲刷密封和六道彈簧鋼板密封組成，用以防止地層中的泥水、地下水和襯砌外圍注漿材料從盾尾間隙漏人盾構機。配備有盾尾刷注脂裝置，推進時在每兩道密封之間自動注入密封用油脂，以提高密封效果，并減少鋼絲刷密封件與隧道管片外表面之間的磨擦，延長密封件的壽命。

2、本區間盾尾刷使用情況

本區間采用的是日本三菱土壓平衡盾構機，隧道總長460.539延米，從施工過程中以及盾構機出洞情況來看，盾尾刷在使用過程中未達到理想結果，盾構掘進至第40～50環時出現盾尾漏漿，掘進至100環左右時出現嚴重漏漿，地面沉降速率、累計沉降值超限，嚴重影響了工程質量、進度、安全，同時也存在很大的施工風險。盾構機出洞后，盾尾刷鋼絲刷已脆斷脫落。

2.1工程概況

廣州市軌道交通十三號線首期工程[施工九標]土建工程新塘站～官湖站區間位于增城市新塘鎮北廣深鐵路旁。本工程一站兩區間，中間風井兼盾構始發井，左右線隧道總長5089.526延米。

2.2地質概況

隧道主要穿越地層<5Z-1>可塑狀砂質粘土層、<5Z-2>硬塑狀砂質粘土層、<6Z>全風化層、<7Z>強風化層、<8Z>中風化層，部分地段分布有〈2-1B〉淤泥質土、〈2-4〉粉質粘土等軟土層、〈3-1〉粉細砂和〈3-2〉中粗砂層。

3盾構機盾尾密封裝置受損的原因分析

3.1 盾尾刷制造加工存在缺陷

本區間使用的盾尾刷被內外兩側折行彈簧鋼板密封，設計構想折行彈簧鋼板為止漿板、節省盾尾油脂，因制造短邊（內側）彈簧鋼板稍長，影響了注入的盾尾油脂與鋼絲刷接觸，加大了鋼絲刷密封件與隧道管片外表面之間的磨擦，從而導致盾構機出洞，盾尾鋼絲刷脆斷脫落現象。如圖1、2所示。

3.2 盾構機始發前盾尾刷的油脂涂抹不足

本區間盾構始發前盾尾油脂涂抹不到位，部分尾刷未涂抹到，涂抹處僅在表面未涂抹滲入到鋼絲刷里面，后經始發前條件驗收，要求進行補涂，第二次補涂效果稍好。

3.3盾尾密封油脂質量影響

盾尾密封油脂的質量不好，對盾尾鋼絲刷起不到保護的作用，或因油脂中含有雜質堵塞泵，使油脂壓注量達不到要求。本區間因盾尾漏漿更換了盾尾油脂。

3.4 盾尾油脂量和壓力不足影響

本區間前期盾尾油脂注入5～6環/桶，后期2環/桶，因盾尾密封效果較差，承包商壁后注漿采用由原單液漿改為雙液漿，盾尾漏漿得到了改善。

3.5 盾構機姿態影響

本區間盾構機始發“栽頭”，第13環導向系統顯示垂直姿態（前/中/后）：-213/-260/-227、水平姿態：-73/-105/-99，負3環至25環，盾構機姿態已糾偏至±50mm；且盾構掘進過程姿態控制較差，姿態超限率約31%，因此盾構機頻繁的糾偏，使隧道姿態呈蛇形趨勢，造成盾尾刷受損。

3.6管片拼裝質量影響

3.6.1 盾構姿態控制較差、管片拼裝手操作不熟練及野蠻施工，造成管片拼裝錯臺、破損，形成漿液滲漏通道，損壞盾尾刷。

3.6.2盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產生塑性變形而失去彈性，密封性能下降，在壓力作用下導致漿液滲漏。

3.6.3管片拼裝，千斤頂伸縮導致盾構機后退，造成盾尾刷與管片間發生刷毛方向相反的運動，使刷毛反卷，盾尾刷變形，密封性能下降而造成滲漏。

3.7土壓、注漿壓力及注漿方式

本區間盾構掘進下穿荔新橋，為更好的控制盾構機下穿時橋面的沉降，調整土壓為不低于2bar；盾構掘進至明挖區間時覆土較淺，因土壓設定較高（1.6～1.8bar）導致地面冒漿；盾尾刷的最大承載壓力為0.4MPa，本區間注漿壓力為0.3～0.48Mpa，本區間采用及時注漿，從倒數第3環管片開始注漿，較盾殼內預埋注漿管同步注漿滯后，泥漿漏入損壞盾尾刷，影響盾尾密封。

4預防措施及治理方法

4.1改進盾尾刷質量

根據隧道施工的特點，改進盾尾刷樣式，加強盾尾刷的承壓能力，根據盾尾間隙和管片外輪廓形狀，調整保護板、壓緊板和鋼絲長度，本工程對下個區間盾尾刷進行了改造，切除了內側彈簧保護鋼板，加密加長了鋼絲刷。經推測分析，改進后的盾尾刷內側彈簧保護鋼板切除較短，彈簧保護鋼板彈性減小，剛性加大，使盾尾刷接觸管片面積減小，部分鋼絲刷未能較好的接觸盾尾油脂，造成部分盾尾刷未起到密封作用，從而將會造成盾尾漏漿，損壞盾尾密封性能，后續施工得以驗證此改進后的盾尾刷密封效果不理想。

4.2 保證盾構始發前第一次油脂的涂抹質量

盾構始發前第一次油脂涂抹必須充分涂抹到尾刷的鋼絲中間，確保尾刷每根鋼絲上要沾滿油脂，而且要對尾刷逐塊逐層進行檢查，涂抹均勻，不留死角。一般要涂抹盾尾油脂2桶左右。

4.3 嚴格控制盾構機姿態、管片拼裝質量

盾構掘進嚴格控制盾構機姿態，管片合理選型，減小糾偏量，盾尾間隙均勻，減輕管片對盾尾刷的擠壓程度。加強管片拼裝質量管理，要求管片拼成標準圓形，減少橢圓和錯臺等現象。嚴格控制管片組裝時的千斤頂伸縮量，避免盾構產生后退。

4.4 管片粘貼海綿條

在每塊管片兩頭止水條下部粘貼海綿條封堵漏漿通，防止因盾尾漏漿影響盾尾密封性能。

4.5 控制壁后注漿壓力

注漿壓力一般控制在0.2～0.5MPa，漿液凝固時間為10～15s，經常檢查壓力傳感器，另在注漿壓力劇增時應立即停止注漿，查明原因或者更換孔位后再進行注漿。

4.6 在條件允許的情況下，可更換盾尾刷，以保證盾尾刷的密封性，但風險比較大。

5結束語

盾構機盾尾刷的保護涉及到盾構施工的注漿壓力、注漿量、盾構機的掘進姿態、地質狀況、盾尾油脂、管片拼裝等多種因素。因此，在施工實際中必須做到細心，及時采取切實可行的措施，才能少走彎路，減少損失，保證工程的施工進度和施工質量。

參考文獻：

[1]竺維彬等.復合地層中的盾構施工技術[M].北京：中國科學技術出版社，2006.

[2]周文波.編著盾構法隧道施工技術及應用，2004，11.