任伯楠

摘 要：在盾構(gòu)施工法中，盾尾刷密封系統(tǒng)是保護(hù)盾構(gòu)正常掘進(jìn)保障施工安全的關(guān)鍵系統(tǒng)，本文結(jié)合天津6號(hào)線R1合同段徐莊子——金鐘街站區(qū)左線具體施工情況，提出相關(guān)對盾尾刷的保護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；盾尾刷；保護(hù)技術(shù)

1 引言

在盾構(gòu)施工的逐漸完善之下，盾構(gòu)工法已成為當(dāng)前隧道與地鐵建設(shè)中的主流優(yōu)選方案。此工法中，盾構(gòu)推進(jìn)過程中盾尾刷的完好程度直接影響著施工的安全和進(jìn)度，尤其是在復(fù)雜城市建筑群下的盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾尾密封系統(tǒng)是保證地表沉降與盾構(gòu)施工安全的關(guān)鍵。

盾尾刷的主要功能是避免土砂、地下水、泥水和同步注漿漿液泄漏到盾尾，并確保盾構(gòu)施工的安全。如果盾構(gòu)尾部發(fā)生滲漏，注漿質(zhì)量將被破壞，輕者因盾尾漏漿影響施工進(jìn)度，重者打破土體平衡，導(dǎo)致地表下沉，甚至管片變形或移位。換言之，保護(hù)盾尾刷就是降低施工風(fēng)險(xiǎn)與間接加快施工進(jìn)度，因此推進(jìn)過程中盾尾刷的保護(hù)工作尤為重要。

2 盾尾刷簡介

盾尾刷是使用盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)機(jī)的一個(gè)充物，在盾構(gòu)機(jī)殼體和管片之間起到良好的密封。

盾尾刷的主要結(jié)構(gòu)分為前后保護(hù)板、中保護(hù)板、不銹鋼絲、網(wǎng)片和外蓋板。前后保護(hù)板采用65Mn材料制成，厚度為1.0mm，HRC45±2采用特殊工藝進(jìn)行熱處理，角度變化小于5度，確保角度支撐，達(dá)到密封性能，提高耐磨性，保護(hù)不銹鋼絲；中間保護(hù)板采用0.6mm 65Mn材料，經(jīng)特殊工藝熱處理HRC45±2，角度變化小于5度，增加角度支撐，確保密封；不銹鋼絲part0.35馬氏體不銹鋼絲經(jīng)特殊彎曲加工處理，360度不規(guī)則彎曲，密封油脂用量達(dá)到密封效果；網(wǎng)眼使用40目的不銹鋼絲；外殼采用Q235低碳鋼熱軋板和Q235制成。

3 工程概況

本工程是以天津地鐵6號(hào)線R1合同段徐莊子——金鐘街站區(qū)間左線為例，該區(qū)間從徐莊子站始發(fā)，側(cè)穿津薊高速、下穿金鐘河立交橋與北環(huán)鐵路，最后在金鐘河站進(jìn)行接收。

4 盾尾刷失效過程及原因分析

4.1 盾尾刷失效過程

盾尾密封刷之間的間隙（油脂倉）通過注入盾尾密封油脂在管片外弧面與盾尾之間形成壓力倉，每個(gè)注入點(diǎn)通過一個(gè)氣動(dòng)油脂閥控制注入量，防止同步注入的水泥漿及地下水通過盾尾流入隧道。

盾構(gòu)始發(fā)后掘進(jìn)至300環(huán)左右時(shí)，盾尾刷開始頻繁出現(xiàn)漏漿。掘進(jìn)至350環(huán)附近開始大量漏漿、噴漿。理論每環(huán)6方的注漿量，實(shí)際也就2至3方，注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，地面開始出現(xiàn)預(yù)警沉降。且每環(huán)推進(jìn)結(jié)束拼裝管片前要花費(fèi)大量的人力來清理漏出的漿液，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

4.2 失效原因分析

①隧道主要位于⑧2淤泥層中，一小部分位于⑨1粘土層中。土層具有大滲透系數(shù)。在掘進(jìn)過程中，承壓水將細(xì)砂帶入油脂倉內(nèi)，這增加了盾尾部的摩擦阻力，鋼絲刷磨損，最終導(dǎo)致盾尾刷損壞失效。

②地鐵隧道段上方的表面是主要道路和鐵路線。為了有效地控制地表沉降，確保交通干道和鐵路線的安全，盾構(gòu)施工時(shí)盾尾的同步注漿較大，基本達(dá)到理論間隙的200%～220%。灌漿壓力也相應(yīng)提高，在壓力較大的情況下，也容易造成盾尾刷損壞。

③在小曲線半徑掘進(jìn)時(shí)，盾尾間隙受盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的影響，間隙變得不再均勻，間隙較小的一側(cè)盾尾刷極易受到擠壓，造成塑性變形，從而導(dǎo)致尾刷失效出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

④出廠管片質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，養(yǎng)護(hù)齡期不足，且由于盾構(gòu)掘進(jìn)24小時(shí)進(jìn)行，兩班拼裝手拼裝水平參差不齊等原因，拼裝完成后的管片外弧面發(fā)生碎裂，大塊的混凝土碎塊進(jìn)入油脂倉，對盾尾刷損害較大。

⑤盾構(gòu)始發(fā)前，手涂油脂填充不密實(shí)，導(dǎo)致尾刷過度磨損。

綜上所述，為確保該工程順利的穿越北環(huán)鐵路沿線，保障施工安全，需擬采取如下措施：

①每環(huán)盾尾油脂注入壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，時(shí)刻關(guān)注油脂消耗量過大或者壓力降低的情況。

②推進(jìn)過程中，若連續(xù)出現(xiàn)每環(huán)漏漿量達(dá)到3方及以上，分析原因是由管片姿態(tài)導(dǎo)致亦或?qū)Χ芪菜⑹?，若管片姿態(tài)良好，則考慮檢查盾尾刷，必要時(shí)立即停機(jī)更換。

5 盾尾刷更換技術(shù)

5.1 停機(jī)位置的確定

考慮到區(qū)間430環(huán)下穿北環(huán)鐵路，施工過程風(fēng)險(xiǎn)大，更換盾尾刷要挑選相對空曠的地方。為防止盾尾泄漏以及注漿量不能達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)對地面沉降造成的巨大風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目部決定在382環(huán)的開始處停止作業(yè)并更換盾尾刷。

5.2 地下水封堵

停機(jī)后組織人員通過盾構(gòu)機(jī)土倉壁球閥向土倉內(nèi)注入膨潤土，防止做止水環(huán)的雙液漿回流進(jìn)入刀盤將其裹死，從而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)在恢復(fù)掘進(jìn)后刀盤扭矩過大無法啟動(dòng)。

從盾構(gòu)機(jī)超前注漿孔，注人水溶性聚氨酯。防止管片背后補(bǔ)注水泥漿時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)殼體裹死。

此盾構(gòu)區(qū)間使用的管片為1.5m的特殊管片。除了吊裝孔，還有其他額外的灌漿孔。在更換盾尾刷之前，對盾尾刷后部的2-16環(huán)的管片用10#的槽鋼拉結(jié)，然后再使用1：1的雙液漿（1：1的水泥漿與水玻璃）進(jìn)行二次注漿，將管片的后方來水完全封死，形成有效的止水環(huán)。

5.3 盾尾刷更換順序及過程

完成前述準(zhǔn)備工作后，可以更換盾尾部刷。更換時(shí)可以參照下面的方式：當(dāng)更換盾尾刷時(shí)，封頂塊K位于管環(huán)的1點(diǎn)鐘位置。因此，盾尾刷的更換順序可以根據(jù)K→C→B→A1→A2→A3段順時(shí)針進(jìn)行，也可以根據(jù)順時(shí)針方向進(jìn)行。K→C→A3→A2→A1→B段逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖5-1所示。當(dāng)使用組裝機(jī)和長臂去除內(nèi)部2盾尾刷上的封蓋塊時(shí)，有必要確定盾尾部是否有泄漏。若還出現(xiàn)漏水情況，必須采取措施，例如填充漿液并在漏水處用硬海綿填充。如有必要，使用發(fā)泡聚氨酯來阻止泄漏。如果在移除封蓋塊后確定盾尾部沒有泄漏，則移除相鄰的塊，并及時(shí)更換盾尾刷。此外，及時(shí)焊接6cm的支撐鋼條，防止管片整體下落到盾殼上而失去了間隙。導(dǎo)致后期管片無法拼裝且卡盾尾。

當(dāng)移除管片且確認(rèn)沒有不良泄漏時(shí)，可以切斷盾尾刷并且對切割區(qū)域進(jìn)行磨光操作。切割后重新焊接新的盾尾刷，相鄰盾尾刷之間的間距不應(yīng)超過3 mm，測量盾尾部周圍的間隙并做好相應(yīng)的記錄。

5.4 盾尾刷更換完成后處理措施

在盾尾刷全部更換完成并檢查合格后，開始進(jìn)行人工涂抹手涂油脂，填充標(biāo)準(zhǔn)按始發(fā)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)涂抹，一定要填充密實(shí)。在檢查確認(rèn)油脂達(dá)到要求后，開始讓拼裝手開始按照技術(shù)交底中的要求重新對管片進(jìn)行拼裝，拼裝完成后用拼裝模式將16個(gè)千斤頂全部頂出，使兩環(huán)管片接觸緊密，再安裝整環(huán)螺栓并在掘進(jìn)三環(huán)后及時(shí)復(fù)緊加固。管片安裝完成后，用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，焊接的支撐鋼條在恢復(fù)正常前進(jìn)行割除。在油脂腔達(dá)到預(yù)設(shè)壓力后，開始準(zhǔn)備恢復(fù)掘進(jìn)。

6 盾尾刷保護(hù)措施

結(jié)合以上盾構(gòu)掘進(jìn)盾尾刷損壞及更換的實(shí)際案例，可以從以下幾個(gè)方面對盾尾刷進(jìn)行保護(hù)：

①同步注漿：盾構(gòu)施工中，必須嚴(yán)格監(jiān)督拌合站的同步注漿材料比例，每環(huán)漿液都要進(jìn)行嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)。

②油脂選擇：油脂質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響密封的性能。有些油脂受外因影響，物理性能會(huì)出現(xiàn)極大地彈性，故選擇優(yōu)質(zhì)的油脂對于尾刷的保護(hù)亦有著至關(guān)重要的作用。

③盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制：過度調(diào)整盾機(jī)的姿態(tài)使得盾機(jī)出現(xiàn)“蛇形”形狀推進(jìn)，導(dǎo)致盾尾側(cè)間隙較大，間隙較大可能造成漿液泄露，而小間隙會(huì)導(dǎo)致盾尾刷被擠壓。超過其極限拉伸強(qiáng)度，使盾尾密封作用出現(xiàn)下降，而逐漸導(dǎo)致輕微漏漿-嚴(yán)重漏漿-地表沉降等等。故推進(jìn)時(shí)的姿態(tài)調(diào)整與拼裝點(diǎn)位的調(diào)整不能過激過急。對于主動(dòng)鉸接的設(shè)備更要提前進(jìn)行收放。

7 結(jié)語

本文結(jié)合天津地鐵6號(hào)線實(shí)例，對地鐵隧道掘進(jìn)過程中盾尾刷失效過程及其原因進(jìn)行了簡單的分析，且針對盾尾刷的更換淺表了具有一般適用性的方案，對盾尾刷損壞成因亦提出了相應(yīng)的治理措施。

綜上總結(jié)了如下經(jīng)驗(yàn)，供具有相似情況的施工單位參考：

①盾構(gòu)下井安裝前，尾刷一定采用高質(zhì)量尾刷，且焊接質(zhì)量一定要達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，尾刷焊接完成后，手涂油脂務(wù)必要填充密實(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)填充不飽滿現(xiàn)象。

②在盾構(gòu)始發(fā)第一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝前，所有油脂管路都要確定是否全部可以打出油脂。且在盾構(gòu)前期設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)時(shí)，可以協(xié)商盾構(gòu)廠家適當(dāng)?shù)脑黾觽溆糜椭苈罚詰?yīng)對后期某一油脂注入點(diǎn)發(fā)生堵塞而導(dǎo)致的密封腔油脂供應(yīng)不足的問題。

③貨比三家，選用高口碑的優(yōu)質(zhì)供貨商供貨，且要求供貨商針對不同的地層、溫度及時(shí)對供應(yīng)的油脂進(jìn)行調(diào)整，以到達(dá)有效的盾尾密封。

④加強(qiáng)司機(jī)、拼裝手的專業(yè)技能鍛煉，避免出現(xiàn)因姿態(tài)糾偏、管片拼裝造成的質(zhì)量問題從而影響盾尾密封系統(tǒng)。

⑤盾尾發(fā)生漏漿時(shí)，一定要給與足夠的重視，且進(jìn)行問題分析，提前做好專項(xiàng)的應(yīng)急預(yù)案，以及時(shí)規(guī)避險(xiǎn)情。

參考文獻(xiàn)

[1]趙峰峰.富水粉砂地層盾構(gòu)機(jī)尾刷更換技術(shù)[J].公路交通技術(shù)，2018，34（S1）：171-176.

[2]施瑾偉，楊釗，楊擎，鞠義成，余村.注漿止水技術(shù)在高水壓強(qiáng)滲透地層盾尾刷更換施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015，52（04）：190-194.

[3]邵高波.富水砂卵石地層盾尾刷更換技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2015（07）：6-10.

[4]王亞麗.盾構(gòu)機(jī)盾尾刷更換施工技術(shù)[J].科技資訊，2015，13（05）：67-68.

[5]楊釗. 高水壓強(qiáng)滲透地層更換盾尾刷技術(shù)[A]. .水下隧道建設(shè)與管理技術(shù)論文集[C].：《中國公路》雜志社，2013：5.