盾尾刷失效原因分析及处理措施

盾尾刷失效原因分析及处理措施

摘要：盾尾刷是盾构机盾尾密封系统的重要组成部分，施工中盾尾刷损坏失效

将对洞内人员、设备及隧道结构安全造成严重威胁。本文对盾尾刷作用原理、损

坏失效原因、洞内更换处理措施等方面进行简要分析，为项目施工提供一定参考。

关键词：盾尾刷；损坏失效；原因；处理措施

引言

盾构法作为较成熟的隧道施工工法，在城市轨道交通、市政基础设施、水利、公路、铁路等工程领域应用十分广泛，但基于工程地质与水文条件的不确定性以

及施工作业的差异化等因素，盾尾渗漏问题在施工中仍时有发生，而盾尾刷的损

坏失效是导致盾尾渗漏甚至引发工程事故的最直接原因，分析研究其损坏失效原

因及洞内更换处理措施具有十分重要的意义。

1.盾尾刷作用原理

盾尾刷由众多独立细钢丝、弹簧钢片等构件组成，通过在盾构机盾尾壳体内

环形多道布置从而形成整体柔性密封结构。根据直径大小的不同，盾构机一般设

置3～5道盾尾刷。

施工中，盾尾刷在自身弹性作用下与隧道管片外弧面紧密贴合，每两道盾尾

刷与盾壳、管片构成腔室，掘进过程中向腔室内注入油脂，与盾尾刷共同形成密

封作用，防止壁后注浆的浆液以及地层中的水土涌入隧道。油脂的注入同时可减

轻刷体与管片间摩擦，延长盾尾刷使用寿命。

2.盾尾刷损坏失效表象

盾尾漏浆涌水、涌砂漏泥等现象发生部位相对固定、情况严重且持续存在，

通过注入盾尾油脂无法改善或需通过超常数量油脂控制渗漏，可判定为局部盾尾

刷损坏。施工中可通过观察盾尾渗漏物组成、渗漏时间、涌出压力及单位时间涌

出物数量等分析判断。

3.盾尾刷损坏失效原因

3.1初始安装不规范

盾尾刷初始安装作业往往容易被忽视，易出现刷片搭接长度不够、焊接不牢

等现象。安装应按照相关规程及技术交底进行，刷片要依次搭接安装，确保相邻

两块刷片间有足够的搭接长度，整圈最后一块尾刷尺寸需经量测确定；焊接作业

应采用高品质焊材，前后满焊并保证焊脚高度，杜绝因安装不规范带来的脱落隐患。

3.2始发油脂填塞不佳

盾尾刷钢丝内需填塞油脂以加强密封效果，盾构推进时机打油脂一般无法有

效进入钢丝内，需在盾构始发负环拼装前进行人工填塞。人工填塞要采用专用手

涂型油脂，借助工具将钢丝刷分层拨开并将油脂最大程度上填塞至钢丝内，再将

油脂均匀涂抹于钢丝外表面，做到饱满均匀，不漏填、不掉落。

3.3掘进中的磨损变形

盾构掘进中，因与管片外弧面长时间接触磨擦，盾尾刷存在一定磨损变形，

尤其在盾构姿态不佳、掘进纠偏幅度过猛的情况下，局部盾尾间隙过小，盾尾刷

弹性钢片因受到过分挤压造成回弹性能减弱甚至永久变形，局部刷片甚至因摩擦

受力过大损坏脱落。

3.4油脂注入控制不佳

施工过程中，盾尾油脂的消耗与盾构推进速度成正比，推进速度过快则单位

时间内油脂注入量不能满足消耗量，若未能及时调整注入量，将导致盾尾密封效

果减弱，加速盾尾刷损坏。注入系统故障时需第一时间维修，保证盾构推进过程

中的油脂注入。

3.5壁后注浆控制不当

壁后注浆压力要根据地层的水土压力计算确定，压力过大可能导致浆液击穿

盾尾止浆板、侵入盾尾刷钢丝及油脂腔，致使密封效果降低甚至漏浆；侵入钢丝

内的浆液凝固后，造成刷体弹性降低、盾尾刷与管片外弧面形成半刚性接触，导

致盾尾刷损坏加速。速凝型浆液注入时，要控制浆液凝固时间，避免盾尾空隙浆

液凝固堆积导致注入压力增高而击穿损坏盾尾刷。

4.盾尾刷失效处理措施

盾尾突发渗漏时，应结合盾构姿态、油脂注入情况等因素综合分析判断渗漏

原因，并有针对性的进行调整。轻微渗漏可临时利用海绵条或涂抹盾尾油脂的钢

丝球填塞处理，必要情况下对盾尾区域二次注浆止漏，渗漏严重时需用沙袋在漏

点处填压抢险并启动相关应急预案。

盾尾刷大范围严重损坏将造成盾尾浆液渗漏、涌水涌砂，甚至引发地表塌陷、隧道淹没等严重后果，威胁工程自身及社会公共安全，应及时采取应急措施并进

行洞内更换。

5.盾尾刷洞内更换

5.1准备工作

实施更换作业前需做好相关准备工作，要编制专项方案并经相关审批，对作

业人员进行技术交底；现场要依照方案准备注浆泵、手拉葫芦、焊接切割设备、

灭火器等各类设备材料及器材，对注浆设备要提前连接调试以备紧急抢险。

采取拆卸管片的方式实施盾尾刷更换，需结合盾构拼装机结构形式、最大抓

取行程等实际情况，设计加工拼装机加长臂，使改造后的拼装机能覆盖拆除管片

所需的位置，并在满足承载能力要求的前提下提起并灵活移动管片。

5.2确定停机位置

盾尾刷更换作业需盾构机较长时间停机，应结合地质水文条件、地表建（构）筑物、地下管线分布情况综合分析确定停机位置。应选择地层情况相对稳定、地

表及地下无建（构）筑物及相关管线的区域作为停机位置，并做好盾构机停机姿

态预控制。

由于最后一道盾尾刷位置紧邻盾尾尾部，对其实施更换作业风险极高，一般

仅对除最后一道以外的盾尾刷进行更换。应根据盾构机及管片的构造尺寸，计算

出盾构最终停机时各道盾尾刷与管片环之间相对位置关系，确定最终停机时的油

缸行程，保证在拆除管片时最后一道盾尾刷不被暴露。

5.3洞内加固处理

洞内加固的主要目的是保证临近盾尾区域地层状况稳定，并通过环箍效应阻

隔减少盾尾区域地下水，降低更换作业风险。地层加固方式一般有双液注浆加固

和冷冻法加固，局部可采用注入聚氨酯等方式加强止水效果。注浆加固适用于复

合地层、软岩地层等，冷冻加固多用于淤泥、富水砂层，需结合项目地质水文状

况综合分析选取加固方式及加固范围。需要注意的是，注浆加固要避免浆液窜至

刀盘前方将刀盘及盾体抱死。加固完成后对止水效果和地层自稳能力进行检查，

合格后方可进行下步工序。

5.4管片拆卸