土压平衡盾构隧道内更换尾刷技术

刘雷

摘 要：文章以石家庄地铁1号线二期工程东庄站-会展中心站区间为背景，重点阐述为保证顺利穿越滹沱河主河道所采用的隧道内盾尾刷更换技术，从地质实地勘察、技术难点分析、施工方案制定、应急抢险措施等几方面进行探讨，证明在隧道内更换盾尾刷是可以安全实现的，可为类似工程的盾尾刷更换技术提供参考。

关键词：盾尾刷 注浆 隧道工程

1.工程概况

东庄站～会展中心站区间以东庄站为起点，下穿滹沱河、新城大桥后到达会展中心站。区间起讫里为：K26+748.620～K30+186.000，线路总长3435.18m。线路轨顶标高36.810～51.779m，结构覆土厚度为9.54m～22.8m，線路平面有四处曲线，曲线半径分别为400、450、600和1200，线路纵向坡度呈“W”字型坡。

区间在K28+290～K28+760处下穿滹沱河主河槽，穿越段长度470m。穿越范围区间滹沱河现况水深约1.6～3.5m，历史最高水深约为8.15m～8.65m；滹沱河河床设置有复合防渗层，其构造依次为：2.5m厚细砂，0.3m厚壤土，膨润土防水毯，0.2m厚壤土铺垫。

区间穿越滹沱河段隧道拱顶地层从上至下主要为：①2素填土；②1粉细砂；④1粉质粘土；盾构开挖范围内主要地层为：④1粉细砂；④4粉质粘土；⑤1粉质粘土；⑥1细中砂；⑥2中粗砂含卵石；⑥3卵石。

2.隧道内跟换盾尾刷的原因分析及技术准备

2.1尾刷更换原因

由于盾构区间总长3435.18m，滹沱河正处于区间中心位置，盾构机到达河床位置掘进1440m，且均为 400m、600m的小曲线半径施工，此种工程概况对盾尾刷伤害极大，为保证后续施工安全故决定位于区间1381.2m处停机更换盾尾刷。

2.2地质实地勘查

为进一步确定尾刷更换位置进行地质勘查，寻求含水量低的位置进行停机更换，确保施工安全。本次勘察钻孔最大深度60m，深度范围主要赋存有一层地下水，地下水类型为潜水，具体如下：地下水埋深37～39.5m，水位标高25.78～32.56m，含水层为中粗砂含卵石层。依据地勘结果，范围内无地下水作用，故决定此处更换盾尾刷。

2.3技术难点分析

（1）盾构机长时间停机由于盾构自身过重，可能致使盾构整体下沉，从而导致成型管片出现错台甚至无法拼装连接。如对盾构外缘直接加固可能导致盾构机整体被水泥浆固结无法再次掘进。

解决方案：首先通过中盾超前注浆孔针对盾构外缘与土体连接处进行克泥效注入，调整配合比致使盾体外缘形成柔性滑膜。然后对盾体外侧50～200cm注入水泥浆，从而既满足土体的加固效果又满足盾体外缘光滑可移动。

（2）针对土压平衡盾构而言，长时间停机会致使土仓内水分流失，从而降低土仓压力使土仓内土压无法与开挖掌子面压力保持平衡最终造成开挖面失稳，导致地表下沉或坍塌。

解决方案；通过土仓泡沫注入孔注入高分子长链液体，根据刀盘前方压力实时控制液体注入量，从而满足土压平衡。

（3）管片拆除过程中推进千斤顶回收，盾构机向前推进力丧失，如土压反作用力大于盾体与土体之间的摩擦力必然导致盾体后移，从而土仓土压降低易出现掌子面坍塌风险。

解决方案：首先将盾构机设备桥与盾体液压部分锁死，使设备桥与盾体成为不可拉伸的刚性结构，再将设备桥与管片刚性连接使盾构机与隧道管片形成整体，最终满足盾无法前后移动的需求。

（4）管片拆除再拼装后由于操作误差可能导致拼装管片与成型管片存在不同轴或失圆状况，从而使两环管片无法对接成功，最终形成质量事故。

解决方案；首先对未拆除管片进项实地测量，测出管片底标高、顶标高及椭圆度。拆除管片后根据测量结果计算拼装位置，在盾尾内壁焊接定向卡销，保证再次拼装时管片不会超限初步满足连接需求。其次管片对接前使用低强度、高韧性材料将两环管片的16个螺栓孔进行连接，从而保证最终管片连接成功，见图1。

3.施工方案制定

（1）管片壁后止水环施工

停机位置选定后使用超细水泥溶液与水玻璃溶液比例融合，双向自下而上通过管片注浆孔缓慢逐个注入，确保双液浆注入充分且连接成环（注入环为盾尾后第二环、第六环）。最终起到盾尾止水、止浆、加固的作用。

（2）盾构机与隧道管片连接。首先将设备桥与中盾的油缸锁死，然后将设备桥与管片螺栓进行焊接作业，保证抗拉强度大于设计土压力。

（3）盾体外地层加固（可与（2）同时进行）。首先通过中盾六路超前注浆孔进行克泥效注入，保证盾体外壁填充即可。再次将盾构外部注入水泥浆保证盾构不发生下沉事故。

（4）土仓填充。通过泡沫系统对土仓进行高分子长链液体注入，并实时监控土仓内土压力保证土仓压力略高于前方土体压力即可。

（5）管片拆除。中交天和盾构机采用拼装机加长工装对管片自上而下进行拆除（提前设计将封顶块拼装至隧道上方），如图2所示。

（6）盾尾刷更换。为保证更换后达到最佳效果，我方选择更换两道尾刷，从而使第一道油脂仓能发挥到最大功效。图3为盾尾刷更换后效果图。

（7）管片连接。通过测量定向与螺栓孔连接的方式利用千斤顶拼装模式相对、缓慢、等长的方式进项管片连接。最终完成整套盾尾刷更换工艺。

4.应急抢险措施

（1）应急材料准备。管片拆除存在一定流沙风险，故管片拆除前应在隧道内将应急材料准备齐全，如海绵、木方、消防斧、棉被、聚氨酯、环氧树脂、弧形钢板等。

（2）应急演练。人员安排：①尾刷更换过程中带班领导全程现场跟踪；②操作人员根据应急步骤分为：堵漏组与注浆组。模拟险情：假设管片拆除过程中某点位出现流沙，堵漏组立即使用海绵、棉被等对流沙处进行填塞，且在填塞缝隙处注入聚氨酯，暂行封堵漏点。注浆组根据漏浆点位将环氧树脂由管片注浆孔注入，确保壁厚填充饱满。同时拼装手将管片重新拼装，将风险消除。

5.结束语

综上所述，通过石家庄地铁1号线二期工程东庄站-会展中心站区间双线4次更换盾尾刷初步经验的总结，证明在施工准备周全、技术要求满足的前提下可以实现隧道内更换盾尾刷，且满足安全生产需求。

参考文献：

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[2]李有兵.泥水盾构高水压条件下盾尾刷的更换技术[J].建筑机械化， 2012 （08）： 70-72.

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