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）一4.365%。下坡（520m）一17%。上坡（240m）一25%。上坡（200m）一2%。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：31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（3cmx7cm）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（15cmx15cmx2m），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0150mm的燃气管，埋深约2m；1根0600mm供水管，埋深约1.5m；1根1400mmx400mm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。

第®拼装好弛1环s块标准换，6鉴环掘堆至国Onm停机中竟二少：拆除肮块,检查更换叭格块用刷.第三步*糊5块，拆I斜第®拼装好弛1环s块标准换，6鉴环掘堆至国Onm停机中竟二少：拆除肮块,检查更换叭格块用刷.第三步*糊5块，拆I斜1块,检觑换肱块脚脂装*4块，拆除隔甄枝直更换A3第五步：整略块r第六步5莫旭玦「第七步：装理块，弟人步：冉次拆除A5第九步：恢次拼装拆垛忙块,斜蚀换A源幽乱拆除41块，榆存更换炬块瓦扣。块，枪杏更换KJ妇J佰块火绛处里刷、首先拆除最后一环管片A5块，对区域（K、A5）外露盾尾刷检查更换，完成后，立即恢复A5块的安装。新安装的A5块点位应错开原安装位置1个点位，然后再拆除标准块A4，更换A4块区域盾尾刷，依次按照顺序逐块拆除，逐块更换该区域盾尾刷，并逐块恢复拼装。542环推进中，安排专人盯控封顶块，检查盾尾处是否渗漏水，如有漏水则需要补注浆并在渗漏处用海绵或棉纱填塞堵漏，必要时采用聚氨酯进行堵漏。当盾尾不漏水时，再拆除相邻块，并及时检查更换盾尾密封刷。五、注浆止水5.1注浆止水的总体思路与方法（1）停机后，利用盾构前、中盾径向孔注入聚氨酯形成环箍，防止前方水土后窜。（2）采用4环增设注浆孔管片（见图5）用于盾尾刷更换环号前四环（536-539环）管片的拼装，2环（536、537环）进行全环磷酸浆补强，靠近盾尾2环（538、539环）进行聚氨酯堵水且防止二次注浆体越过止浆板包裹盾体。盾尾后方535-525环，进行二次注浆（双液浆）补强。施工时，从前往后顺序开始注浆，即先注入聚氨酯，再注入磷酸浆，最后进行双液浆二次注浆。图5管片增开注浆孔示意图(3)浆液配比：①磷酸浆：水：水玻璃=3:1，水：磷酸=20：1,水玻璃稀释液:磷酸稀释液=1:1；②二次注浆液:水：水泥=1:1，水玻璃：水泥浆=0.8:1。各注浆孔，深入围岩20cm。总的来说，通过采取多道措施形成一个厚度大、密实性高，且具有一定强度的大环箍，阻断盾尾前后方的渗水通道。5.2环箍评定检查方法为在盾尾后2环(539环、538环)上、下、左、右4个位置，通过注浆孔探孔，探孔深度为深入管片外30cm。观察管片上下、两侧的注浆孔的是否有漏水情况。539、538环存在渗漏时，则进行聚氨酯注浆补强；同时对536、537环进行二次注浆补强，采用双液浆。注浆完成后，通过上面的方法再次判断盾尾环箍质量。止水效果检查需由项目工程部和安质部共同现场确认。六、其他安全保障措施拆除相应块管片后，沿盾尾一周用海绵条或棉纱填塞第二道盾尾刷与管片的缝隙。倘若出现较大渗漏，采用弧形钢板进行封堵，弧形钢板与管片采用螺栓连接，并在盾尾后方管片注入聚氨酯，以彻底封堵盾尾后来水。（2）加密地面监测点，同时增加监测频率。（3）停机前，控制各点位间的油缸行程差，确保各组推进油缸行程差及铰接油缸行程差不超过20mm。（4）在施工过程中出现严重的涌水、冒泥现象，必要时需立即安装管片、恢复掘进。出现极端涌水、涌浆等情况，利用提前准备好的沙袋进行反压封堵，同时通过管片注浆孔进行聚氨酯注浆。541环采用5块标准块拼装，需提前在喂片机上准备B1、B2块标准型管片，并运至隧道内，减少更换管片的时间。（5）成立应急救援领导小组，应急物资（聚氨酯、聚氨酯泵、棉纱、弧形钢板及水玻璃等）提前在隧道里备好。七、结语（1）实践证明，通过注入聚氨酯、磷酸浆和二次注浆，结合特殊管片及前、中盾注入聚氨酯，环箍效果良好，能够保证整个盾尾刷的更换在无水条件下进行，有效地保证了施工安