富水砂性土洞内更换盾尾刷施工工法

富水砂性土洞内更换盾尾刷施工工法

中铁十七局集团有限公司

周明军经伟平范俊郑常文饶林刘浩然

1、前言

在富水砂性不良地质条件下进行盾构施工，特别是在长距离小半径曲线掘进时，盾尾间隙单侧较小，盾尾刷长期受管片外弧面磨损，对盾尾刷钢丝磨损极其严重，直接影响盾尾密封效果。或者是由于盾尾密封油脂加注量不足、盾构机姿态调整过猛等原因，致使盾尾密封刷损坏，影响到盾尾密封效果，产生同步注浆泄露，从而造成到整个盾构推进施工地面沉降加大。

国内针对盾尾密封损坏的情况主要采取管片间隙填塞海绵条等填充物、增加盾尾密封油脂注入量及管片额外加贴防水材料等方法进行临时处理，此方法并不能从根本上较好的解决盾尾渗漏问题，给施工安全以及施工质量埋下隐患，带来不良影响。为了不影响盾构机的正常掘进，确保同步注浆量及注浆压力，控制地表沉降，盾构机洞内更换盾尾刷技术就有了很大的作用。

2、工法特点

2.0.1根据盾尾密封失效时盾尾渗漏水、浆的位置和渗漏量的大小来确定盾尾刷的损坏部位和损坏情况，从而确定所需更换盾尾刷的数量及需要的时间，进行合理安排。

2.0.2通过对拼装机、管片尺寸等的计算，确定出更换盾尾刷时千斤顶的推进行程，在满足了拼装、拆卸管片施工要求的同时，也确保了施工的安全、质量及施工进度。

2.0.3在隧道内主要采用加大同步注浆量及盾尾3～4环二次注浆，盾构机壳体、盾尾附近注聚氨酯等方法进行地下水封堵隔离及盾构机周围土层的加固改良，满足了盾尾刷更换施工时的止水效果和施工安全的要求。

2.0.4利用盾尾刷更换施工技术能快速有效地完成盾尾刷更换，很好的解决了盾尾渗漏问题，起到保护道路、管线以及沿线既有构建筑物的作用，减少了盾构施工对环境的影响。

3、适用范围

富水、砂性土、粘性土软土地层盾构法施工。

4、工艺原理

更换盾尾刷施工采用洞内直接更换的施工方法，施工经过：盾尾刷更换施工位置选择的确定；盾构机周围地下水封堵隔离施工；推进及部分管片安装；更换盾尾刷施工4个步骤。其中：

4.0.1根据盾尾密封失效时盾尾渗漏水、浆的位置和渗漏量的大小来确定盾尾刷的损坏部位和损坏情况，从而确定所需更换盾尾刷的数量及需要的时间，充分研究此位置需要水文地质情况，制定有针对性的技术措施，尽可能的满足盾尾刷更换施工的安全要求。

4.0.2为了满足盾尾刷更换施工的要求，通过精心计算与研究盾构机设计图纸后，在千斤顶行程达到拼装下一环管片时，利用下一环整环管片的不完全拼装所提供的施工操作面，对盾尾刷逐步的进行割除更换。

4.0.3根据粉砂层的地质情况，有针对性的采取注浆法（水泥-水玻璃双液浆）进行地下水的封堵隔离，并配合盾构机机壳及盾尾附件注聚氨酯等方法，为盾尾刷的更换施工创造良好的施工条件，同时也为盾尾刷更换施工后盾构机的再次启动掘进做好了准备工作。

4.0.4在确认注浆止水封堵效果后，开始进行盾尾刷的更换施工。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1盾尾刷破损位置及程度检查

根据盾尾密封失效时盾尾渗漏水、浆的位置和渗漏量的大小来确定盾尾刷的损坏部位和损坏

情况，从而确定所需更换盾尾刷的数量及需要的时间，进行合理安排。

由于检修、更换盾尾密封刷存在一定的施工风险，所以施工前务必掌握盾构机所处的位置，结合地质条件，必要时提前进行地面加固后再筹划检查、更换盾尾刷；盾尾一共有三道密封刷，第三道(最后一道)密封刷在推进施工中是无法检修的，中间那道密封刷的检修风险较高，一般情况下，检修盾尾密封刷只检修第一道。

5.2盾尾刷更换前施工措施

5.2.1纠偏

在更换盾尾钢丝刷前，需要保证盾构机与管片有一个较好的姿态，保证盾尾与管片四周的间隙均匀。

通过4～5环左右盾构调整姿态，管片纠偏使之得以实现。

5.2.2盾尾注浆

由于盾构机在更换钢丝刷阶段位于软土层，停机更换盾尾刷阶段盾尾密封处于薄弱阶段。为了防止露出尾刷后，地下水从盾尾直接进人隧道，影响作业，所以要进行管片背后注浆，从在停止推进前3-4环中即加强二次注浆，从每块管片的注浆孔内进行二次注浆，停止推进后对后5-6环再次进行二次注浆，注浆配比水:水泥=1:1.2。待水泥注浆6小时后，再注入水溶性聚氨酯止水，注入压力为0.5Mpa，保证其理想状态下的整环密封，可采取跳环注浆，穿插进行。

为防止盾构机涌水的风险，在停止掘进前采用注发泡聚氨酯，在盾尾后的一环管片压注聚氨酯，形成一道挡水环箍。

图5.2.2 盾尾注浆示意图

5.3更换过程施工

小松盾构机有三排尾刷，三排尾刷之间形成了2个腔，腔内注满密封油脂，它的作用是防止

同步注入的砂浆与地下水通过盾尾流入隧道。

采用在盾尾拼装五块临时管片（K块不安装，以方便拆除），将盾构机向前掘进，使盾尾第一道尾刷露出已成环管片外，逐块拆除及拼装临时管片，然后对第一道尾刷进行全面更换。

5.3.1推进

盾构机完成当前环管片掘进后继续推进，直至达到盾构机推进千斤顶的最大行程2150mm。要控制管片与密封刷的相对位置，可以通过控制油缸的行程来间接控制，即油缸行程=第一道密封刷到推进油缸撑靴的距离-管片的宽度+换密封刷的间距。

5.3.2安装临时管片

注浆完成后，停机12h，在第2环安装临时管片五块（K块不安装，以方便拆除），恢复掘进第3环，直到推进千斤顶伸长到S=1200mm～1250mm，使第一排尾刷完全露出第1环管片外，掘进过程停止盾尾同步注浆，并对盾尾漏水点采用海绵条封堵。

5.3.3更换盾尾刷

注浆完成后，需对注浆止水效果进行检查，通过2号、3号管片的注浆孔进行检查，确定无水后可实施盾尾刷更换。盾尾刷更换施工流程下图所示。

图5.3.3-1 更换盾尾刷施工流程图

1、在上述的准备工作完毕后，即可进行盾尾密封刷更换。以K块位于管环1点为例加以说