盾构机尾刷更换技术

1、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

2、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11

3、6.103m；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5.168.50m，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ZDK5198.382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<9C2>岩层。我部曾经分别于2008年1月26日ZDK5+538、2008年2月25日ZDK5588、2008年3月22日ZDK5+715开仓检查刀具，ZDK5715时掌子面为全断面<9>地层，少量渗水。前期掘进顺利，到后

4、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ZDK5725（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 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。

5、序号材料、设备名称型号数量备注1盾尾刷200个2气刨500KW2台采用500KW直流电焊机3盾尾油脂R906桶用于手工涂抹盾尾刷4CO2保护电焊机2台用于焊接盾尾刷5铲刀4把用于清理油脂仓杂物6棉花条用于填塞第三道盾尾刷漏水点7聚氨酯、铝管、软管、球阀、泵500Kg用于盾尾止水8彩钢瓦3张用于遮盖拼装机9灭火器ABC4个用于救火抢险材料、设备表序号工种人数职责备注1管片拼装工6负责管片拼装、拆除3人/班2电焊工8负责切除损坏盾尾刷，焊接新盾尾刷2人/组， 2h/组3注浆工8负责盾尾二次注浆4人/班4抽水工2负责土仓、盾尾抽排水1人/班5杂工6清理油脂仓杂物、涂抹盾尾油脂3人/班6土木工程师2判

6、断掌子面围岩、检查油缸行程、检查盾尾刷焊接质量、盾尾刷油脂涂抹质量1人/班7盾构操作手2控制盾构机各项参数，配合其他操作1人/班8值班经理2协调地面、井下、物资1人/班人员准备及职责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

7、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

8、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34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

9、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 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80cm100cm间距埋入10mm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

10、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CBA3A1A2顺序拆除348环管片，将2道盾尾刷全

11、部暴露。此时发现盾尾有漏水，立即用棉花条沿着最后一道盾尾刷将其与管片间缝隙填塞，并按80100cm间距安装软管，进行聚氨酯注入。2.4.4清理盾壳及油脂仓管片拆除后，立即进行清理工作，2人同时用铲刀将盾壳、油脂仓内附着的砂浆、油脂等杂物清理干净。在清理杂物同时，检查油脂注入孔是否畅通。2.4.5切除损坏的盾尾刷由电焊工2人一组，采用气刨将盾尾刷切除。切除前用彩钢瓦将拼装机油管、电缆等部分遮盖，避免电渣损坏设备。切除时由上往下，由外而内切除，逐个取出损坏的盾尾刷。切除完成后将盾尾刷位置杂物清理干净，并确保干燥。2.4.6新盾尾刷焊接全部切除并清理完成后，开始焊接新盾尾刷。仍是2人1组，每组2小时

12、，每班2组人。焊接时，先焊接第2道盾尾刷，且起点位置为3点位，收点位置同样为3点位。第1道盾尾刷在第2道焊接完成后焊接，起点位置为9点位，收点位置同样为9点位。盾尾刷安装顺序为依次搭接安装，在最后1块焊接时，尾刷稍宽，经过仔细量测后按尺寸切除，确保两块尾刷之间有足够搭接长度。焊接采用CO2保护焊，每组中1人在前摆放盾尾刷并点焊，另1人将盾尾刷焊牢。焊接质量经过土木工程师验收后进行油脂涂抹。2.4.7盾尾油脂涂抹在盾尾刷全部焊接完成后开始盾尾油脂涂抹工作。每班3人同时进行盾尾油脂涂抹作业，涂抹油脂采用WR90型手涂盾尾油脂。涂抹时分层将钢丝刷拨开后填入油脂，涂抹后每层油脂填塞饱满，不掉落、不漏涂。油脂涂抹质量须经土木工程师检验合格后进行管片拼装。2.4.8管片拼装在盾尾刷手涂油脂验收合格后，拼装第348环管片，管片拼装前量测盾尾间隙，进行管片选型。由于盾尾底部长时间受力，底部盾尾间隙较大，而上部盾尾间隙过小，管片安装时，按先上后下进行。重新拼装348环管片。管片拼装完成后，用盾尾油脂泵向油脂仓内注入油脂。2.4.9恢复正常掘进当油脂仓油压达到10bar以上时取出土仓内水泵、关闭土仓人闸，恢复正常掘进。正常掘进时应当注意同步注浆压力不得超过3.0bar，以免击穿盾尾，再次造成盾尾刷损坏。3、结束语完好的盾构尾刷是盾构隧道注浆质量、防水质量、管