浅谈盾构掘进过程中更换盾尾刷的技术

任伯楠

摘 要：在盾构施工法中，盾尾刷密封系统是保护盾构正常掘进保障施工安全的关键系统，本文结合天津6号线R1合同段徐庄子——金钟街站区左线具体施工情况，提出相关对盾尾刷的保护技术。

关键词：盾构施工；盾尾刷；保护技术

1 引言

在盾构施工的逐渐完善之下，盾构工法已成为当前隧道与地铁建设中的主流优选方案。此工法中，盾构推进过程中盾尾刷的完好程度直接影响着施工的安全和进度，尤其是在复杂城市建筑群下的盾构掘进施工，盾尾密封系统是保证地表沉降与盾构施工安全的关键。

盾尾刷的主要功能是避免土砂、地下水、泥水和同步注浆浆液泄漏到盾尾，并确保盾构施工的安全。如果盾构尾部发生渗漏，注浆质量将被破坏，轻者因盾尾漏浆影响施工进度，重者打破土体平衡，导致地表下沉，甚至管片变形或移位。换言之，保护盾尾刷就是降低施工风险与间接加快施工进度，因此推进过程中盾尾刷的保护工作尤为重要。

2 盾尾刷简介

盾尾刷是使用盾构法施工的盾构机的一个充物，在盾构机壳体和管片之间起到良好的密封。

盾尾刷的主要结构分为前后保护板、中保护板、不锈钢丝、网片和外盖板。前后保护板采用65Mn材料制成，厚度为1.0mm，HRC45±2采用特殊工艺进行热处理，角度变化小于5度，确保角度支撑，达到密封性能，提高耐磨性，保护不锈钢丝；中间保护板采用0.6mm 65Mn材料，经特殊工艺热处理HRC45±2，角度变化小于5度，增加角度支撑，确保密封；不锈钢丝part0.35马氏体不锈钢丝经特殊弯曲加工处理，360度不规则弯曲，密封油脂用量达到密封效果；网眼使用40目的不锈钢丝；外殼采用Q235低碳钢热轧板和Q235制成。

3 工程概况

本工程是以天津地铁6号线R1合同段徐庄子——金钟街站区间左线为例，该区间从徐庄子站始发，侧穿津蓟高速、下穿金钟河立交桥与北环铁路，最后在金钟河站进行接收。

4 盾尾刷失效过程及原因分析

4.1 盾尾刷失效过程

盾尾密封刷之间的间隙（油脂仓）通过注入盾尾密封油脂在管片外弧面与盾尾之间形成压力仓，每个注入点通过一个气动油脂阀控制注入量，防止同步注入的水泥浆及地下水通过盾尾流入隧道。

盾构始发后掘进至300环左右时，盾尾刷开始频繁出现漏浆。掘进至350环附近开始大量漏浆、喷浆。理论每环6方的注浆量，实际也就2至3方，注浆量远远达不到要求，地面开始出现预警沉降。且每环推进结束拼装管片前要花费大量的人力来清理漏出的浆液，严重影响了施工进度。

4.2 失效原因分析

①隧道主要位于⑧2淤泥层中，一小部分位于⑨1粘土层中。土层具有大渗透系数。在掘进过程中，承压水将细砂带入油脂仓内，这增加了盾尾部的摩擦阻力，钢丝刷磨损，最终导致盾尾刷损坏失效。

②地铁隧道段上方的表面是主要道路和铁路线。为了有效地控制地表沉降，确保交通干道和铁路线的安全，盾构施工时盾尾的同步注浆较大，基本达到理论间隙的200%～220%。灌浆压力也相应提高，在压力较大的情况下，也容易造成盾尾刷损坏。

③在小曲线半径掘进时，盾尾间隙受盾构掘进姿态的影响，间隙变得不再均匀，间隙较小的一侧盾尾刷极易受到挤压，造成塑性变形，从而导致尾刷失效出现漏浆现象。

④出厂管片质量不达标，养护龄期不足，且由于盾构掘进24小时进行，两班拼装手拼装水平参差不齐等原因，拼装完成后的管片外弧面发生碎裂，大块的混凝土碎块进入油脂仓，对盾尾刷损害较大。

⑤盾构始发前，手涂油脂填充不密实，导致尾刷过度磨损。

综上所述，为确保该工程顺利的穿越北环铁路沿线，保障施工安全，需拟采取如下措施：

①每环盾尾油脂注入压力达到标准值，时刻关注油脂消耗量过大或者压力降低的情况。

②推进过程中，若连续出现每环漏浆量达到3方及以上，分析原因是由管片姿态导致亦或对盾尾刷失效，若管片姿态良好，则考虑检查盾尾刷，必要时立即停机更换。

5 盾尾刷更换技术

5.1 停机位置的确定

考虑到区间430环下穿北环铁路，施工过程风险大，更换盾尾刷要挑选相对空旷的地方。为防止盾尾泄漏以及注浆量不能达到施工标准对地面沉降造成的巨大风险，项目部决定在382环的开始处停止作业并更换盾尾刷。

5.2 地下水封堵

停机后组织人员通过盾构机土仓壁球阀向土仓内注入膨润土，防止做止水环的双液浆回流进入刀盘将其裹死，从而导致盾构机在恢复掘进后刀盘扭矩过大无法启动。

从盾构机超前注浆孔，注人水溶性聚氨酯。防止管片背后补注水泥浆时，将盾构机壳体裹死。

此盾构区间使用的管片为1.5m的特殊管片。除了吊装孔，还有其他额外的灌浆孔。在更换盾尾刷之前，对盾尾刷后部的2-16环的管片用10#的槽钢拉结，然后再使用1：1的双液浆（1：1的水泥浆与水玻璃）进行二次注浆，将管片的后方来水完全封死，形成有效的止水环。

5.3 盾尾刷更换顺序及过程

完成前述准备工作后，可以更换盾尾部刷。更换时可以参照下面的方式：当更换盾尾刷时，封顶块K位于管环的1点钟位置。因此，盾尾刷的更换顺序可以根据K→C→B→A1→A2→A3段顺时针进行，也可以根据顺时针方向进行。K→C→A3→A2→A1→B段逆时针旋转，如图5-1所示。当使用组装机和长臂去除内部2盾尾刷上的封盖块时，有必要确定盾尾部是否有泄漏。若还出现漏水情况，必须采取措施，例如填充浆液并在漏水处用硬海绵填充。如有必要，使用发泡聚氨酯来阻止泄漏。如果在移除封盖块后确定盾尾部没有泄漏，则移除相邻的块，并及时更换盾尾刷。此外，及时焊接6cm的支撑钢条，防止管片整体下落到盾壳上而失去了间隙。导致后期管片无法拼装且卡盾尾。

当移除管片且确认没有不良泄漏时，可以切断盾尾刷并且对切割区域进行磨光操作。切割后重新焊接新的盾尾刷，相邻盾尾刷之间的间距不应超过3 mm，测量盾尾部周围的间隙并做好相应的记录。

5.4 盾尾刷更换完成后处理措施

在盾尾刷全部更换完成并检查合格后，开始进行人工涂抹手涂油脂，填充标准按始发时标准涂抹，一定要填充密实。在检查确认油脂达到要求后，开始让拼装手开始按照技术交底中的要求重新对管片进行拼装，拼装完成后用拼装模式将16个千斤顶全部顶出，使两环管片接触紧密，再安装整环螺栓并在掘进三环后及时复紧加固。管片安装完成后，用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，焊接的支撑钢条在恢复正常前进行割除。在油脂腔达到预设压力后，开始准备恢复掘进。

6 盾尾刷保护措施

结合以上盾构掘进盾尾刷损坏及更换的实际案例，可以从以下几个方面对盾尾刷进行保护：

①同步注浆：盾构施工中，必须严格监督拌合站的同步注浆材料比例，每环浆液都要进行严格实验。

②油脂选择：油脂质量的好坏严重影响密封的性能。有些油脂受外因影响，物理性能会出现极大地弹性，故选择优质的油脂对于尾刷的保护亦有着至关重要的作用。

③盾构机姿态控制：过度调整盾机的姿态使得盾机出现“蛇形”形状推进，导致盾尾侧间隙较大，间隙较大可能造成浆液泄露，而小间隙会导致盾尾刷被挤压。超过其极限拉伸强度，使盾尾密封作用出现下降，而逐渐导致轻微漏浆-严重漏浆-地表沉降等等。故推进时的姿态调整与拼装点位的调整不能过激过急。对于主动铰接的设备更要提前进行收放。

7 结语

本文结合天津地铁6号线实例，对地铁隧道掘进过程中盾尾刷失效过程及其原因进行了简单的分析，且针对盾尾刷的更换浅表了具有一般适用性的方案，对盾尾刷损坏成因亦提出了相应的治理措施。

综上总结了如下经验，供具有相似情况的施工单位参考：

①盾构下井安装前，尾刷一定采用高质量尾刷，且焊接质量一定要达到规定的强度标准，尾刷焊接完成后，手涂油脂务必要填充密实，严禁出现填充不饱满现象。

②在盾构始发第一环负环管片拼装前，所有油脂管路都要确定是否全部可以打出油脂。且在盾构前期设计联络时，可以协商盾构厂家适当的增加备用油脂管路，以应对后期某一油脂注入点发生堵塞而导致的密封腔油脂供应不足的问题。

③货比三家，选用高口碑的优质供货商供货，且要求供货商针对不同的地层、温度及时对供应的油脂进行调整，以到达有效的盾尾密封。

④加强司机、拼装手的专业技能锻炼，避免出现因姿态纠偏、管片拼装造成的质量问题从而影响盾尾密封系统。

⑤盾尾发生漏浆时，一定要给与足够的重视，且进行问题分析，提前做好专项的应急预案，以及时规避险情。

参考文献

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