盾构机尾刷更换技术

盾构机尾刷更换技术

杨磊

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司）

摘要盾构法施工以质量好、施工安全、掘进快速、对环境影响小等优点，在我国地下铁道工程中得到广泛应用。而盾构尾刷的容易损坏且较难更换的缺点，影响了盾构法施工的掘进质量。如何在盾构施工中途进行盾构尾刷更换，是本文探讨的课题。

关键词盾构隧道；尾刷更换

1 引言

盾构法施工是修建隧道的一种先进方法。最近十多年来，随着我国隧道和地下工程的快速发展，盾构法施工也得到了快速发展，尤其在城市地铁、水利水电隧洞中越来越多应用盾构法修建。盾构法施工以其质量好、施工安全、掘进快速、对环境影响小等优点，迅速在地铁隧道施工中得到广泛应用，广州是目前我国应用盾构技术修建地铁隧道发展最快的城市之一。广州地区地层多样、地质复杂，隧道穿越高楼、高架桥、重要建筑物等频繁，这给控制地面沉降带来了许多难题，也提出了更高的技术要求。然而，作为控制地面沉降主要手段的同步注浆，却常常因为尾刷的损坏难以达到控制地面沉降的目的。本文结合广州地铁六号线盾构二标工程实例，探讨如何在盾构施工中途进行盾构尾刷更换，以更好的控制地面沉降问题及加快施工进度。

2 工程实例

2.1 工程概况

广州地铁六号线盾构二标由【大坦沙站～如意坊站】和【如意坊站～黄沙站】两个区间的盾构隧道以及【大坦沙站～如意坊站】区间明挖段、盾构井(轨排井)构成。明挖段(含盾构井)长116.103m；盾构隧道全长5115.5单线延米，为双孔圆形隧道。线路经过江心洲并穿越珠江，地面标高5.16～8.50m，地势较为复杂。

2.2掘进情况

广州市轨道交通六号线【大～黄区间】盾构工程左线盾构机自ZDK5＋198.382始发已掘进通过了283m全断面砂层及上软下硬地层和228.6m全断面岩层。在掘进上软下硬地层及全断面岩层中发现隧道中下部有强度很高的<9C－2>岩层。我部曾经分别于2008年1月26日ZDK5+538、2008年2月25日ZDK5＋588、2008年3月22日ZDK5+715开仓检查刀具，ZDK5

＋715时掌子面为全断面<9>地层，少量渗水。前期掘进顺利，到后期出现了比较严重的漏水漏浆现象。经分析确认为尾刷在掘进过程中严重损坏，必须更换。

项目部选择ZDK5＋725（拼装完第348环后掘进120cm）作为换盾尾刷点，该处地质情况如下：

<1> 厚4.5m；

<2-2> 厚11.6m；

<7> 厚3.26m；(夹1.5m厚<8>)

<8> 厚0.75m；隧道顶部

<9> 厚6m；隧道范围

<9> 隧道底部

该换盾尾刷处位于红楼路下，刀盘前方为超市、盾尾后方为海角红楼围墙。

2.3尾刷更换方案

2.3.1 人员及材料准备工作

更换盾尾刷属于风险较大的工作，在施工前必须准备齐全各种所需材料、设备。

材料、设备表

人员准备及职责

2.3.2难点分析

（1）由于地层在掘进过程中受扰动后，地层稳定性急剧下降，在已成环的盾构管片外形成透水通道，而盾构更换尾刷时，需将两道尾刷露出成环管片外，仅有一道已损坏的尾刷作封闭，很容易造成从盾尾处喷泥涌水等塌方事故。

（2）盾构掘进时，地层经扰动后，掌子面很不稳定，随着停机时间越长，地下水进入土仓，土仓压力逐渐增大。由于更换尾刷时，推进千斤顶无法顶到管片，盾构机将在土仓压力的作用下产生后退，使尾刷更换工作进入进退两难境地。

（3）盾构掘进时，上一环管片在千斤顶的作用力下已经挤压密贴，很难将管片拆除漏出2道尾刷。

（4）长时间的停机，盾构机尾部在不均匀压力作用下，易产生偏移，造成盾构间隙过大或过小，给管片安装带来困难。

2.3.3技术措施

根据技术难点，在施工前必须准备好应对的技术措施，如：

（1）为防止尾刷更换过程中盾尾部位喷泥涌水等塌方事故，应对停机地层进行分析，宜选择相对稳定的地层进行尾刷更换，尽量避免在不稳定地层如砂层、淤泥层进行尾刷更换，在有可能的情况下，可以在预计停机更换盾尾刷的里程提前开仓检查地层是否与分析的情况一致，如果检查可以换尾刷，则继续掘进至盾尾位于先前开仓位置。在掘进最后两环时，加大同步注浆量，按常规盾尾同步注浆量的1.5倍控制，并在盾尾后3～4环打开吊装孔进行

管片背后补注浆，盾尾漏浆漏水时，采用海绵条或注入聚氨酯进行封堵，确保盾尾处地层的注浆比较饱满密实，起到对围岩的制稳、加固和有效的封水效果。

（2）为防止尾刷更换过程中盾构机在土仓压力作用下出现后退情况，可准备好用于接长推进千斤顶的接杆钢支撑，在拆除临时管片后，支顶在最后一环管片与推进千斤顶之间，制约盾构机后退。如果盾构机前方掌子面围岩稳定，则可以将土仓内的土排空，使土仓处于空仓状态，消除土仓压力对盾构机施加的作用力。

（3）为了便于拆除管片，可以先拼装5块管片，封顶K块暂时不安装。

（4）为解决由于盾尾偏移产生盾尾间隙过大或过小引起管片难以安装的问题，在安装管片前，应对周圈盾尾间隙进行量测，确定最小间隙位置，在安装管片时，调整安装顺序，先安装盾尾间隙最小处管片，能有效解决管片安装难问题。

2.4工程实施

2.4.1 加固及止水

漏出盾尾刷前，对盾尾后346环管片进行二次注浆，减少或止住盾尾漏水，拆除管片后，沿盾尾一周用棉花条填塞最后一道盾尾刷与管片的缝隙，并按80cm～100cm间距埋入φ10mm 软管，进行聚氨酯注入（聚氨酯注入压力2bar），彻底封堵盾尾后来水。同时根据此时刀盘前围岩为<9>微风化岩层，且隧道顶部为4m厚<7>、<8>岩层的情况，土仓碴土出空，并打开人闸，用1台2.2KW水泵不间断的将土仓内积水排出，确保刀盘前方水不向盾尾流。

2.4.2露出盾尾刷

由于我项目部盾构机盾尾共设三道尾刷（见下图），推进千斤顶最大伸长长度为S=2000mm，正常推进无法露出盾尾刷，因此采取拆1环管片的办法露出盾尾刷。盾构机拼装完成第348环（不拼装K块）后再掘进1200mm，在第346环进行一次二次注浆，确定盾尾不漏水后拆除348环，露出2道盾尾刷。在推进过程中由土木工程师仔细观察348环K块位置盾尾刷露出量，当第2道盾尾刷完全露出后，立即通知操作手停止掘进。

盾尾刷示意图

2.4.3拆除管片

确认2道盾尾刷可以全部露出后，由拼装手拆除管片，按照C－B－A3－A1－A2顺序拆