长距离盾构隧道盾尾刷的保护

长距离盾构隧道盾尾刷的保护

刘利君

（中铁十二局集团第二工程公司山西太原 030032）

摘要：随着国家加大对基础设施建设的投资，特别是铁路、公路、市政建设等一大批重难点工程的投资建设，为长距离盾构机快速发展奠定基础。根据隧道项目建设的经验，盾尾刷的保护是长距离盾构机施工项目过程中的重中之重，特别是在富水地层中更是影响项目是否能够顺利施工的关键因素之一。本文根据广深港客运专线狮子洋隧道SDⅡ标的施工经验，并参考其余大直径长距离泥水盾构机项目施工经验，阐述长距离盾构隧道施工中对盾尾刷的保护的管理技术，便于类似项目的参考。

关键词：长距离盾构隧道、盾尾刷的保护、施工管理

1 工程概况

项目简介

广深港铁路客运专线是连接广州、深圳、香港的快速铁路通道，设计时速350公里，是珠三角地区城际铁路网的重要组成部分，建成后对于推动区域经济发展将发挥积极作用。狮子洋隧道工程从广州侧向东下穿狮子洋后进入东莞，是广深港铁路客专的控制性工程。隧道采用四台气垫式泥水盾构机施工，解决复杂地层、江中对接、洞内拆机等世界性难题。隧道施工标准高，施工工期紧。隧道位于广深港客运专线东涌站——虎门站区间，隧道起讫里程为DIK33＋000～DIK43＋800，隧道内径，外径，管片厚，隧道全长。。我部承担狮子洋隧道SDⅡ标进口段，此标段由引道段、明挖暗埋段及盾构段三部分组成。其中盾构段左线隧道4590m(单头掘进,右线隧道4890m（单头掘进）。隧道SDⅡ标采用2台φ11182mm泥水盾构机施工，盾构机设计制作及技术支持方为法国NFM公司，由北方重工沈阳重型机械厂组装生产。

2 盾尾刷的结构及其重要性

盾尾刷的结构

盾构机盾尾密封结构示意如图1所示。从图1可以看出，盾尾有3道密封刷以及一道钢板束，一共三个环形油脂仓，在第二道及第三道盾尾刷之间安装一道紧急密封。

图1

盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂（共30个注入点每个环形油脂仓10个注入点），每个注入点通过一个气动油脂阀控制其注入量。

保护盾尾刷的重要性

通过盾尾刷的保护，保证盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出，同时防止地下水渗漏到盾构机内。如果盾尾刷损坏，导致盾尾漏浆，届时泥浆、地下水等将涌入隧道，特别是在沙层、淤泥层如果盾尾刷受到破坏失去了有效的密封措施则后果将不堪设想。因此盾尾刷可谓是盾构机的生命线，避免出现漏浆是盾构掘进中的重要任务，而做好盾尾刷的保护又是防止漏浆的关键所在和基本保证。

3 盾尾刷损坏的原因分析及预防措施

能够引起盾尾刷损坏的原因很多，但具体分析可归纳出以下几点：①泥浆、砂浆等进入油脂仓并形成硬块造成对盾尾刷的破坏，甚至拉伤尾刷；②盾尾刷密封装置受偏心管片过度挤压后产生塑性变形而失去弹性，密封性能下降，在压力作用下导致浆液渗漏；③盾构机后退，造成盾尾刷与管片间发生刷毛方向相反的运动，使刷毛反卷，盾尾刷变形，密封性能下降而造成渗漏；④油脂量注入不足，油脂未充满油脂仓，油脂压力不足以抵抗土体太力导致泥浆等有害物质进入油脂仓内加快对盾尾刷的摩损；⑤硬块通过管片背部进入油脂仓，从而拉伤盾尾刷。防治措施包括：①严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾间隙均匀一致，减轻管片对盾尾刷的挤压程度；②避免盾构产生后退；③盾尾注脂系统保养的日常化，及时补充油脂仓的油脂。

4 具体施工对盾尾刷保护的措施

始发时对盾尾刷的保护

盾构机始发前要在盾尾刷钢丝内涂抹WR90油脂，涂抹标准为尾刷每根钢丝上要沾满油脂。如果涂抹不到位，会影响尾刷的密封效果，严重时漏浆，造成对盾尾刷的破坏。拼完第一环管片后进行长时间的油脂注入，保证油脂仓内完全充满油脂后再进行盾构机的推进，特别是在盾体完全进入土体时一定要保证油脂仓内充满油脂并具有一定的压力，进入土体时对有害物质进入油脂仓内造成对尾刷的破坏。

管片拼装对盾尾刷的影响及防治措施

管片变形对盾尾刷的影响

管片拼装后标准为圆形，但在管片拼装过程中，将管片拼装成横向的椭圆形，致使管片和盾尾部分地方间隙超标造成漏浆。另一方面由于管片拼装成椭圆形，增大了管片之间止水条外缘纵

缝的宽度，实际在管片拼装过程中将出现两腰的管环之间的外缘纵缝开口较大，上下部分纵缝较小。在盾构机掘进一环至左右时，尾刷末端正好到达上一环管片，此时尾刷就正处在该

环管片上，由于注浆压力都很大，纵缝处的油

脂无法承受浆液的压力，就形成一个渗漏通道，

造成盾尾漏浆从而引起对盾尾刷的破坏。盾尾

和管片椭圆的关系如图2所示。

管片错台对盾尾刷的影响

由于工人对管片拼装不熟练，造成管片错

台严重，特别是在纵缝错台产生后，使得盾尾

刷无法紧密包裹在整环管片，很容易形成浆液

渗漏通道。虽然盾构推进时盾尾油脂仓内有盾

尾油脂填充纵缝，但在较高的注浆压力作用下，

极有可能将油脂冲脱而击穿盾尾刷，造成盾尾

漏浆进一步破坏盾尾刷。盾尾与管片纵缝的错

台关系如图3所示。

管片碎裂对盾尾刷的影响

在轴心线未产生较大偏差的状态下，组装工艺不合理或野蛮施工，K 块管片安装时没有足够的空间，盾尾间隙过小，采用盾构千斤顶强行顶进，造成相邻管片外壁处(尤其螺栓孔、角根部)在千斤顶高压状态下顶裂或破碎，从而带进盾尾舱，损坏盾尾刷。

防治措施

①加强拼装施工培训，提高拼装人员的技术水平，要求管片不拼成椭圆形，以减少椭圆和纵缝、环缝错台的现象。

②在每次管片拼装前，应清除盾体内的渣土，避免拼装管片时难以对位，造成错台现象。 ③封顶K 块拼装前，必须调整好开口尺寸，使封顶块能顺利插入到位。

④保证较好的盾尾间隙，以使管片拼装更加容易。

同步注浆对盾尾刷的影响及防治措施

盾构机在掘进过程中，由于操作人员技术操作失当或双砂浆配比不合理，注浆压力设定太高， 图2 图3