盾構機盾尾刷更換施工技術

王亞麗++代勇

摘 要： 盾構法施工工法因其具有安全、機械化程度高、掘進速度快、勞動強度低、不影響地面交通及設施、施工中沒有噪音等優點，被廣泛應用于城市軌道交通建設。盾構機盾尾刷安裝在盾構主體的最后端，作用是防止地下水、沙土、壁后注漿從管片與主體外板的縫隙間進入。但施工過程中盾構機盾尾刷易損壞且較難更換的缺點，影響了盾構施工工法的掘進質量。本文將以北京鐵路地下直徑線工程為例，根據施工過程中遇到的相關問題，對盾構機盾尾刷的損壞原因及預防措施、尾刷更換方法進行闡述。

關鍵詞：盾構法施工 優點 缺點 盾尾刷更換

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

1 工程概況

北京鐵路地下直徑線工程盾構隧道區域全長5175m，采用泥水加壓平衡盾構機施工。隧道完成后外徑為φ12.04m，內徑為φ10.5m。

泥水加壓平衡盾構機基本原理是在泥水艙中注入適當壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜，支承正面土體，并由安裝在正面的刀具切削土體表層泥膜，與泥水混合后形成高密度泥漿，然后由泥漿泵及管道把泥漿輸送到地面過濾處理。在泥水艙內和掌子面間建立泥水平衡是泥水盾構機掘進的根本要求，另外由于盾構掘進過程中，采用在管片背后同步注漿方式來填充管片離開盾構機尾部后與周圍地層之間的間隙，從而達到減小地層沉降，限制管片位移和變形，提高結構穩定性，加強隧道防水性能的目的。

盾構機尾盾內部焊接有三道密封刷，掘進時在管片與尾盾之間的密封刷內注入密封油脂，防止水、泥沙進入盾構機內部。在尾盾上還有注漿孔，用于管片的同步注漿，填充管片離開尾盾后與地層之間的空隙。因盾構下部壓力大，在尾盾下部最外側安裝有鋼板束加強密封效果。若盾尾刷損壞導致滲漏，會影響前方開挖倉的泥水平衡、污染盾構管片拼裝工作區域、給管片拼裝造成不便、增加密封油脂消耗量，嚴重時將影響盾構機的正常掘進，導致地面沉降難以控制，最終致使工期延誤。

2 盾構機盾尾密封刷損壞原因及預防措施

2.1盾尾刷損壞原因

1、管片拼裝時拼成橢圓形或出現錯臺現象，致使盾尾密封刷不能完全包裹管片，形成滲透通道，在較高的注漿壓力和泥水壓力等作用下導致管片尾盾間發生滲漏。

2、拼裝管片時組裝工藝不合理或野蠻拼裝，致使相鄰管片相互擠壓破損后混凝土塊進入尾盾損傷密封刷。

3、盾構機在掘進過程中，由于操作人員技術不熟練或砂漿配比不合理，使漿液凝固時間過短，造成漿液不能充分填充管片后空隙，而是堆積在注漿口附近，造成注漿通道受限制，后續漿液壓力增加，當漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時，就會通過盾尾刷和油脂襯背進入尾盾造成竄漿。

4、在盾構掘進過程中，盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進速度成正比，速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時間內不能滿足其消耗量，若不及時調整油脂泵注脂率，則盾尾刷內的油脂量和注入油脂的壓力不能及時密封盾尾，勢必造成尾刷的密封效果減弱，形成盾尾滲漏。

5、盾尾密封刷長期受管片擠壓后產生塑性變形而失去彈性，也會導致密封性能下降，在壓力作用下導致漿液滲漏。泥水盾構停止掘進時，開挖艙內有泥水的壓力作用，管片組裝時很易導致盾尾后退，損壞密封刷。

2.2盾尾刷損壞的預防措施

加強對管片拼裝人員的培訓，提高拼裝質量，在每次管片安裝前，應清除盾體內的渣土，避免安裝管片時造成錯臺現象。嚴格控制千斤頂伸縮量，避免盾構后退，掘進時防止盾構姿態調整過猛損壞密封刷。加強對同步注漿的監測，嚴格控制雙液漿的配比。在條件允許的情況下，更換盾尾刷，以保證盾尾刷的密封性。

3 盾構機盾尾刷的更換

2011年3月，隨著盾構機的掘進，盾尾密封刷的磨損也越來越大部分位置的盾尾刷損壞。經檢查發現右側及左下側油缸位置盾尾密封刷有損壞，需要更換。

3.1 更換地點的選擇、管片選型及掘進準備工作

盾尾密封刷更換地點應盡量避免在軟土層內及地下水豐富的區段，北京鐵路地下直徑線一般選擇在沿途選定的換刀加固區進行盾尾刷的更換，此次更換位置選擇在第七加固點掘進里程為DK4+434.00，盾構恢復掘進并掘至DK4+423.43盾構機尾盾進入加固區內進行盾尾刷的焊接更換。掘進的最后一環管片（需要拆除的環）k塊位置應盡量放置在盾構下方區域。

在盾構到達更換地點前，對要更換盾尾刷管片環后方2-3環管片在掘進時加強同步注漿量保證盾尾注漿密實，在到達停機點最后20cm改注高濃度泥漿，以確保盾尾注漿管長時間停機不會發生堵塞，同時提高盾尾注脂壓力多注入油質增強密封效果。

3.2 施工材料的準備

根據施工需要提前準備好相關的工具、材料，見表1。

表1 施工材料表

名稱

數量

名稱

數量

高壓清洗機

1臺

電焊機（碳弧氣刨）

2臺

氧氣乙炔

1套

1t、2t手拉葫蘆

各兩個

土工布

10平方

管鉗

大小各2

污水泵

2臺

撬棍

5根

棉紗

13包

焊條、碳棒

根據需要

木板、鐵絲、型鋼

若干

滅火器

5瓶

盾尾刷

150塊

角磨機

2臺

3.3 更換盾尾刷

盾構機掘進最后一環850mm（油缸行程1450mm），此時管片位于第一道密封刷上方，停止掘進。如圖1：

圖1 油缸行程及盾尾刷位置理論計算示意圖

管片拆除，依次拆除k塊兩側的b1、b2兩塊管片。一次拆除管片數量不超過4塊，在完成一側盾尾刷焊接拼裝完成后再拆除另一側管片并焊接盾尾刷。如圖2：

圖2 拆除管片與盾尾刷位置實際操作示意圖

在盾構機中盾尾底部位置安裝水泵，防止可能出現的涌水。用土工布將需要焊接位置附近的推進油缸包裹并用鐵絲固定，防止切割焊接時焊渣等損壞推進油缸活塞桿。管片安裝機在拆除及移動管片后應將油缸收起，對管片安裝機上其它油缸也要用土工布進行包裹防止損傷活塞桿。

根據需要搭設木板，拆除更換盾尾刷及鄰近位置上的管片，用撬棍撬開損壞的盾尾刷清理油脂，用高壓水槍反復沖洗要更換的盾尾刷以清除第一道盾尾刷之間的殘留油脂，在第二道盾尾刷與管片間隙填海綿條封堵，用管鉗將尾刷翻起，用3mm鋼板或圍擋板隔開尾刷鋼絲與切割部位，防止氧氣乙炔切割時引燃盾尾刷上的油脂，現場準備滅火器，如發生油脂燃燒立即作滅火處理，用碳弧氣刨從上向下割除損壞的盾尾密封刷，并用鋼絲刷、角磨機對需要焊接的位置進行打磨，用棉紗清理從后方滲入的泥水及油脂，用氧氣乙炔對焊接部位加熱去除水分使焊接部位干燥并清除油脂。焊接新的密封刷后涂抹密封油脂，完成后拼裝管片并用油缸頂緊管片防止管片松動。完成盾尾刷焊接并拼完管片后開啟盾尾注脂泵加注密封油脂后恢復掘進。

4 結束語

完好的盾構尾刷是盾構隧道注漿質量、防水質量、管片拼裝質量、施工進度以及地表沉降控制質量的保證，盾尾刷更換技術的成熟，也將是盾構長距離掘進技術的關鍵。而在地下工程中，由于地址的復雜性，給盾構機盾尾刷的更換帶來了許多難以預料的困難，對盾尾刷更換過程進行深入分析，并對難點采取有效的技術措施，是盾尾刷更換成功的關鍵。

參考文獻

[1] 復合地層中的盾構施工技術.北京：中國科學技術出版社

[2] 法國NFM公司提供的盾構機圖紙資料

[3] 盾構施工中盾尾刷更換技術，王光銳，工程建設，2012年02月