地鐵盾構洞內盾尾刷更換技術研究

李紅巖

（徐州地鐵集團有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

洞內盾尾刷更換是在盾構掘進期間， 因盾尾刷損壞失效導致盾尾出現(xiàn)嚴重的滲漏，為保障盾構掘進安全順利進行，不得不對損毀的盾尾刷進行更換[1]。 近年來，隨著國內盾構機技術的發(fā)展，越來越多的地下工程采用盾構法進行隧道施工，因此，盾構機在掘進時盾尾刷損毀的次數也不斷增加。 在盾構掘進過程中，特別是在軟弱復雜地層中，洞內更換盾尾刷存在極大安全風險[2]，因此，洞內盾尾刷更換技術也是目前國內盾尾刷更換的研究重點所在。 結合地質特點及盾構施工情況，宜選擇相對穩(wěn)定的地層進行盾尾刷更換[3]，精準施作止水環(huán)，進行小注漿，可實現(xiàn)洞內安全快速更換盾尾刷。

2 工程概況

徐州地鐵6 號線一期工程市行政中心～紫金路站區(qū)間隧道覆土厚度為11.5～19.3 m， 隧道一般掘進段主要穿越黏土層、含砂姜黏土層、砂質粉土層、砂質粉土層、黏土層。

市紫盾構區(qū)間施工過程中， 在第185 環(huán)、192 環(huán)、373 環(huán)、421 環(huán)的7 點位、4 點位出現(xiàn)了盾尾間隙少量漏漿的情況，通過分析排查，發(fā)現(xiàn)盾尾刷出現(xiàn)部分損壞，密封作用失效。 經調查論證后，決定在盾構機掘進至470 環(huán)處時，對盾構機的第一道盾尾刷進行檢查更換。更換盾尾刷周邊土層②-3a-3 黏土主要特性為：灰～灰黃色，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。⑤-3a-4c 含砂漿黏土主要特性為：黃褐～棕黃色，硬塑，切面粗糙，含鐵錳結核，含較多鈣質結核（砂漿），粒徑為0.5～4 cm，部分粒徑可達12 cm，含量約15%～30%，局部鈣質結核富集。

3 土壓平衡盾構盾尾刷更換施工技術

3.1 盾尾刷損壞原因及處理方式

3.1.1 原因分析

盾尾刷自身問題：（1）底部盾尾刷磨損嚴重，止?jié){效果缺失；（2）混凝土碎塊掉入盾尾間隙導致底部部分盾尾刷被破壞。

盾構機操作問題：（2）盾尾油脂注入不連續(xù)，且盾尾刷內存在流通通道；（2）掘進過程中同步注漿壓力過大；（3）盾構司機預先調節(jié)盾尾間隙為聯(lián)絡通道做準備， 導致盾尾間隙過大出現(xiàn)流通通道。

3.1.2 處理措施

根據現(xiàn)場情況綜合判斷， 該盾構機盾尾刷局部已出現(xiàn)破損、錯位、缺失等情況，必須對失效盾尾刷進行更換，主要施工任務如下：（1） 盾構機到達指定位置， 參數控制到設計值；（2）設備、材料、人員等配備滿足施工條件；（3）使用二次注漿及止水環(huán)施工將盾尾進行封閉；（4）拆除管片，清理已損壞盾尾刷并拆除更換，重新涂抹油脂；（5）重新進行管片拼裝，檢查盾尾情況，恢復盾構掘進施工。

3.2 洞內盾尾刷更換重難點分析

3.2.1 止水環(huán)施工質量

止水環(huán)及二次注漿施工質量是盾尾刷順利更換的關鍵。通過468 環(huán)管片的注漿孔（吊裝孔）向管片背后注入WSS 無收縮性雙液漿。注漿參數：注漿壓力不大于0.3 MPa，單環(huán)注漿量3～3.5 m3。 同時在已拼裝好的區(qū)間管片中挑選3 環(huán)管片（448 環(huán)、458 環(huán)、463 環(huán)） 進行二次注漿。 注漿壓力不大于0.3 MPa，單環(huán)注漿量4.2～5.7 m3，注漿比例為水∶水泥=1∶1，水玻璃∶水泥漿=0.8∶1。 拆除管片之前檢查周邊滲漏水情況，應嚴防土倉積水及土層地下水沿空隙流入盾尾， 同時對地面進行跟蹤監(jiān)測與巡視， 防止盾構機外部形成流通通道導致掌子面失穩(wěn)及地面沉降。

3.2.2 盾尾刷更換焊接質量

更換盾尾刷過程需要大量的電焊作業(yè)，如果焊接質量出現(xiàn)問題，會導致本次盾構機盾尾刷更換施工前功盡棄，同時存在焊接缺陷的盾尾刷在復推后會再次成為盾構機掘進的隱患。

焊件在組裝前必須將焊口或焊縫表面及附近母材內、外壁10～15 mm 范圍內的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤；焊件對口時應做到內壁齊平，如有錯口，要求對接單面焊局部錯口值不應超過壁厚的10%，且不大于1 mm；焊口的局部間隙過大時，應設法修整到規(guī)定尺寸，嚴禁在間隙內加填塞物。

3.3 洞尾刷構造原理

本區(qū)間所用盾構機盾尾刷由2 道盾尾刷和1 道密封刷組成，由于洞內更換盾尾刷存在一定的施工風險[4]，考慮到地層及地下水的實際情況，本次更換作業(yè)只針對第一道盾尾刷。 盾尾刷構造如圖1 所示。

圖1 盾尾刷構造圖示

圖2 管片拆除示意圖

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

中盾外圍、 盾尾468 環(huán)注磷酸水玻璃施作止水環(huán)→盾尾后方448 環(huán)、458 環(huán)、463 環(huán)注水泥水玻璃雙液漿止水→拆除整環(huán)管片，第二道空腔注入盾尾油脂，對有滲漏水的部位臨時封堵→搭建作業(yè)平臺，清理第一道盾尾刷上的手涂油脂、盾尾油脂→自上而下切除第一道盾尾刷→安裝焊接新盾尾刷→重新涂抹手涂油脂→將K 塊調整至14 點， 使B1～B3 管片處于隧道下方壓住盾尾刷， 安裝470 環(huán)管片→對第一道空腔注入盾尾油脂，檢查環(huán)向滲漏情況→檢查無滲漏情況，恢復推進。

4.2 施工操作要點

4.2.1 施工準備

準備足夠數量的盾尾密封刷， 保證更換過程中盾尾密封刷的供應，同時將應急物資放置在盾構機平臺上，出現(xiàn)緊急情況時可立即進行處理。 應急物資見表1。

表1 洞內掌子面處應急物資表

在更換盾尾刷前召集所有參與施工人員進行技術交底、安全交底。 對更換盾尾刷過程中需要注意的問題及可能出現(xiàn)的特殊情況進行講解。

4.2.2 地層選擇及盾構機調試

盾尾密封刷的更換地點應選擇在地下水較少且穩(wěn)定的地層。 本次選擇在470 環(huán)進行盾尾刷更換施工，所處地層為黏土層及含砂姜黏土層，地質情況較好，施工時要密切關注地下水量的變化。

盾構機土倉壓力控制在0.15～0.22 MPa，保證土倉壓力小于注漿壓力，避免土倉內的水沿盾體外側流入盾尾。

計算盾構機油缸頂進行程， 此行程處拆除第470 環(huán)管片后，將會露出第一道盾尾刷及第一道空腔，為盾尾刷提供更換空間，同時第二道盾尾刷及第二道空腔可正常工作，起到密封盾尾的作用。 管片拆除示意圖如2 所示。

4.2.3 更換流程施工

盾尾刷更換具體操作辦法如下。

1）經檢查盾尾刷周邊注漿施工達到止水效果后，重新緊固第469 環(huán)與第468 環(huán)管片的連接螺栓。 在管片安裝模式下，利用管片安裝機將470 環(huán)的7 點位K 塊拆除， 觀察該部位盾尾刷情況，如果注漿效果良好，管片拆除后無滲漏水情況，則繼續(xù)拆除470 環(huán)的下一塊管片并檢查滲漏情況。 管片全部拆除后，安排監(jiān)測人員進行周邊管片加密監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1 次/2 h。 拆除順序如圖3 所示。

圖3 管片拆除順序示意圖

2）盾尾處理。 在管片全部拆除完畢后，將B1～B3 管片放置于下部的8 點位、11 點位、5 點位壓住盾構機， 防止在施工過程中盾尾因重量不均發(fā)生偏移。 優(yōu)先處理上部盾尾刷，待上部清理完畢后，拆除下方管片進行清理。

將管片密封刷及溝槽上的油脂、砂漿等清除干凈，搭建作業(yè)平臺后再開始割除盾尾刷。 盾尾刷全部割除完畢后，將疤痕打磨平整，開始焊接新的密封刷。 新盾尾刷焊接完成后，在新盾尾刷上重新涂抹手涂油脂。

3）刨除舊盾尾刷前先拆除盾尾刷的壓力傳感器及注漿壓力傳感器，焊接前一定就近做好焊接接地及煙霧收集工作；刨除盾尾刷遵循從上而下原則，打磨平整刷槽，定位盾尾刷，同一道兩盾尾刷間隔不超過3 mm，不能有錯臺；在盾尾刷全部焊接完成后開始盾尾油脂涂抹工作，手涂油脂必須飽滿，油脂塊遵循少油、塊深、塊小，分層壓緊密實。

4）對于情況較為良好的盾尾刷，可根據情況做出不同的處理辦法， 安裝情況較好的盾尾刷可僅做清理處理， 對于破損、掉落的盾尾刷進行更換處理。

更換完成后，在下部盾尾刷下方安裝鋼墊塊，防止拼裝的成環(huán)管片下沉， 第二次470 環(huán)的管片拼裝K 塊點位選在14點，將B1～B3 管片調整至下部壓住新更換的盾尾刷。

待所有管片安裝完成且管片螺栓上緊后， 開始對盾尾加注油脂，注脂量要達到填滿溝槽為止[5]。 當油脂倉油壓達到日常掘進壓力且無滲漏情況時， 取出土倉內水泵， 恢復正常掘進。 正常掘進時應當注意同步注漿壓力不得超過0.3 MPa，以免擊穿盾尾，再次造成盾尾刷損壞。

5 結語

徐州地鐵6 號線一期工程市紫區(qū)間洞內盾尾刷更換技術研究，總結出洞內盾尾刷更換的管控核心：選擇適當的更換盾尾刷的地層[6]；沿隧道方向精準施作止水環(huán)及小注漿，實現(xiàn)土壓平衡盾構洞內快速、安全、節(jié)能地進行盾尾刷更換，切實保障施工安全、質量，提升了施工效率。 在實際工程經驗的基礎上，圓滿完成了洞內盾尾刷更換施工任務，對類似工程具有很好的技術指導作用。