地铁土压平衡盾构盾尾刷更换技术

地铁土压平衡盾构盾尾刷更换技术

盾构法施工以其质量好、安全可靠、施工效率高、对环境影响小等优点，在隧道工程中应用的越来越为广泛。但在盾构的长距离或小半径曲线掘进中，盾尾刷可能由于磨损严重而失去密封作用而需要更换。

盾构盾尾刷一般为3道，3道盾尾刷构成2个油脂仓，油脂仓填充满盾尾油脂，与盾尾刷一起构成盾尾漏浆防护系统，保证地下水及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渗漏到盾构机内。而一旦盾尾漏浆就会破坏泥水平衡，影响注浆质量，严重的会引起地层下沉，管片移位和变形，甚至导致盾构无法推进。本文以无锡地铁3号线一期工程山墩凹站~靖海公园站区间（以下简称山-靖区间）盾构施工为工程背景，从施工前准备、注浆止水、尾刷更换步序、应急处理等多方面对盾构机尾刷更换方法进行阐述。后经实践成功表明：拆除管片后盾尾无漏水现象，该方法能快速、高效的完成盾尾刷更换工作，可为类似工程的盾尾刷更换提供借鉴与参考。

一、工程概况

1.1工程简介

无锡地铁3号线05标山~靖区间右线起讫里程为YDK24+952.160～YDK25+971.660,区间长度1019.5m。线路从靖海站以右线2‰上坡（31.66m）→4.365‰下坡（520m）→17‰上坡（240m）→25‰上坡（200m）→2‰下坡（27.84m）至山墩凹站。区间设一座联络通道（兼做区间泵房与集水池），联络通道中心里程为YDK25+531.845。当前盾构机平曲线上位于直线段，纵曲线为17‰上坡。

1.2区间地质情况

山-靖区间地质，按各岩土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，可划分8个工程地质层，19个工程地质亚层。盾构主要穿越地层为：④1层粘质粉土夹粉砂（微承压水）、④2层粉砂（微承压水）、⑤1层粉质粘土、⑥1层粘土。

1.3盾尾漏浆情况

自盾构掘进至460环，盾尾发生严重漏浆，见图1。在前期曲线段掘进时，同样的全断面粘土地层中推进时也曾发生过盾尾漏浆、漏水现象，漏浆、水后通过在管片纵缝加贴海绵条（3cm×7cm）进行封堵（见图2），效果比较明显。加贴海绵条主要是封堵管片拼接缝迎土面的纵向水力通道。但再次发生漏浆漏水后，首先维持原有管片纵缝加贴海绵条，又在漏浆位置，在其拼装时在环缝处加塞大海绵条（15cm×15cm×2m），但效果微乎其微。

图1 盾尾漏浆

图2 管片止水条下部加贴海绵条

二、施工前准备

2.1原因分析根据前段小半径圆曲线（R=350m）上的掘进情况（右下点位处存在盾尾间隙过小，个别管片破损现象）及当前的施工情况，能够有足够判断，判定右下尾刷可能损坏比较严重。即出现较频繁的漏水漏浆现象，分析认为主要是盾尾刷长距离小半径推进中，盾尾间隙多小，导致盾尾刷磨损严重。

2.2停机位置选择

鉴于盾构机即将进入④2粘质粉土夹粉砂层，为确保推进过程中的安全,更好保护周边环境,经多方调查分析后决定提前进行盾尾刷的检查与更换。经分析，选择540环作为换盾尾刷点，此时隧道埋深16.5m，穿越地层为全断面粘土层,隧道顶粘土覆土为2.06m，隧道底粘土厚约1m。

2.3周边环境调查

停机位置，地表位于锡沪中路,为沥青路面及中央绿化带，停机位置隧道边距周边最近建筑物约为30m，停机点周边最近管线为位于隧道前方

21m处（3根管线：1根Φ150mm的燃气管，埋深约2m；1根Φ600mm 供水管，埋深约1.5m；1根1400mm×400mm的矩形管）。周边环境相对较好，风险较小。

三、难点分析及措施

盾构机在盾构掘进中往往因埋深比较深,地下水压力比较大,加之盾尾后存在填充建筑间隙的同步注浆液，致使更换盾尾刷工序复杂,风险大,在更换盾尾刷前,须对水路通道进行封堵,才能对盾尾刷进行更换。

3.1难点分析

（1）隧道后方地层中不断地有水进入盾尾，影响旧盾尾刷刨除和新盾尾刷焊接；最后2道盾尾刷密封薄弱，致使盾尾位置涌水涌浆涌泥长时间停机容易引起地表的沉降。

（2）土仓内保压较高，而推进千斤顶使用较少时，有可能会造成盾构机后退。

（3）新盾尾刷弹性变形力较大，使盾尾刷更换完成后管片的拼装比较困难，易形成大的错台。

3.2处理措施

（1）为保证盾尾刷更换作业的安全，防止涌水涌浆涌泥，采用在后续管片注入聚氨脂、磷酸浆和双液注浆相结合的方式对管片外侧的空隙进行填充止水。防止刀盘前方水源流入盾尾，利用盾构机前、中盾径向孔注入聚氨酯，形成止水带；同时也防止管片背后补充注浆时,浆液串到盾构机机位，造成盾构机壳体裹死。

（2）在停止掘进时保持土仓的压力略大于地下水土压力，并向掌子面注入分散剂，防止长时间停机刀盘结泥饼。通过合理地安排管片拆除顺序、尾刷更换顺序，使更多的千斤顶受力，避免盾构机的后退。

（3）新盾尾刷的弹性造成新管片难以安装的问题，可以利用拼装机先在盾尾内将管片与后续管片位置对准后，利用推进千斤顶慢慢顶进到位，严禁管片来回摆动对新装盾尾刷造成损坏。同时，给密封刷抹油，即在管片重新安装的过程中,给弹簧钢板(和管片接触的一面)抹上黄油,增加管片与弹簧钢板间的润滑。封顶块的拼装，需在其两侧拼接面也抹上黄油，使管

片平滑地进入预定位置。

四、方案制定

4.1盾尾刷更换施工流程

总的思路：先拼装临时环（541环）管片（采用5块标准块拼装，不拼K块），掘进到位（确保临时管片拆除后，露出第一道尾刷），注浆止水，止水带检查，再逐块拆除，逐段进行尾刷的检查与更换（尾部清理、刨除旧尾刷、焊接新尾刷、手涂油脂、涂抹黄油），紧随逐块安装管片。

由于密封刷位于管片背部,拆除管片时需要根据被更换密封刷的位置控制好管片的位置,不可拆除盾尾尾部最后二道密封刷下部的管片。本区间盾构机为海瑞克S641盾构机，其行程油缸千斤顶达到最大行程2200mm时，撑靴与加强环及盾尾刷的关系如图3所示。同时考虑中盾与盾尾的铰接油缸行程差，可以计算出，541环临时管片拼装完成后，选择542环掘进油缸行程为1400mm时，盾构机进行停机。

图3 撑靴、加强环及盾尾刷的相对位置关系

4.2盾尾刷更换顺序

在注浆效果评定达标后，即可开始进行盾尾刷更换，更换顺序如图4所示。最后一环临时管片（541环），选用5块标准块进行拼装，分别编号为A1、A2、A3、A4、A5，拼装点位为16点。