地鐵盾構洞內盾尾刷更換技術研究

李紅巖

（徐州地鐵集團有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

洞內盾尾刷更換是在盾構掘進期間， 因盾尾刷損壞失效導致盾尾出現嚴重的滲漏，為保障盾構掘進安全順利進行，不得不對損毀的盾尾刷進行更換[1]。 近年來，隨著國內盾構機技術的發展，越來越多的地下工程采用盾構法進行隧道施工，因此，盾構機在掘進時盾尾刷損毀的次數也不斷增加。 在盾構掘進過程中，特別是在軟弱復雜地層中，洞內更換盾尾刷存在極大安全風險[2]，因此，洞內盾尾刷更換技術也是目前國內盾尾刷更換的研究重點所在。 結合地質特點及盾構施工情況，宜選擇相對穩定的地層進行盾尾刷更換[3]，精準施作止水環，進行小注漿，可實現洞內安全快速更換盾尾刷。

2 工程概況

徐州地鐵6 號線一期工程市行政中心～紫金路站區間隧道覆土厚度為11.5～19.3 m， 隧道一般掘進段主要穿越黏土層、含砂姜黏土層、砂質粉土層、砂質粉土層、黏土層。

市紫盾構區間施工過程中， 在第185 環、192 環、373 環、421 環的7 點位、4 點位出現了盾尾間隙少量漏漿的情況，通過分析排查，發現盾尾刷出現部分損壞，密封作用失效。 經調查論證后，決定在盾構機掘進至470 環處時，對盾構機的第一道盾尾刷進行檢查更換。更換盾尾刷周邊土層②-3a-3 黏土主要特性為：灰～灰黃色，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。⑤-3a-4c 含砂漿黏土主要特性為：黃褐～棕黃色，硬塑，切面粗糙，含鐵錳結核，含較多鈣質結核（砂漿），粒徑為0.5～4 cm，部分粒徑可達12 cm，含量約15%～30%，局部鈣質結核富集。

3 土壓平衡盾構盾尾刷更換施工技術

3.1 盾尾刷損壞原因及處理方式

3.1.1 原因分析

盾尾刷自身問題：（1）底部盾尾刷磨損嚴重，止漿效果缺失；（2）混凝土碎塊掉入盾尾間隙導致底部部分盾尾刷被破壞。

盾構機操作問題：（2）盾尾油脂注入不連續，且盾尾刷內存在流通通道；（2）掘進過程中同步注漿壓力過大；（3）盾構司機預先調節盾尾間隙為聯絡通道做準備， 導致盾尾間隙過大出現流通通道。

3.1.2 處理措施

根據現場情況綜合判斷， 該盾構機盾尾刷局部已出現破損、錯位、缺失等情況，必須對失效盾尾刷進行更換，主要施工任務如下：（1） 盾構機到達指定位置， 參數控制到設計值；（2）設備、材料、人員等配備滿足施工條件；（3）使用二次注漿及止水環施工將盾尾進行封閉；（4）拆除管片，清理已損壞盾尾刷并拆除更換，重新涂抹油脂；（5）重新進行管片拼裝，檢查盾尾情況，恢復盾構掘進施工。

3.2 洞內盾尾刷更換重難點分析

3.2.1 止水環施工質量

止水環及二次注漿施工質量是盾尾刷順利更換的關鍵。通過468 環管片的注漿孔（吊裝孔）向管片背后注入WSS 無收縮性雙液漿。注漿參數：注漿壓力不大于0.3 MPa，單環注漿量3～3.5 m3。 同時在已拼裝好的區間管片中挑選3 環管片（448 環、458 環、463 環） 進行二次注漿。 注漿壓力不大于0.3 MPa，單環注漿量4.2～5.7 m3，注漿比例為水∶水泥=1∶1，水玻璃∶水泥漿=0.8∶1。 拆除管片之前檢查周邊滲漏水情況，應嚴防土倉積水及土層地下水沿空隙流入盾尾， 同時對地面進行跟蹤監測與巡視， 防止盾構機外部形成流通通道導致掌子面失穩及地面沉降。

3.2.2 盾尾刷更換焊接質量

更換盾尾刷過程需要大量的電焊作業，如果焊接質量出現問題，會導致本次盾構機盾尾刷更換施工前功盡棄，同時存在焊接缺陷的盾尾刷在復推后會再次成為盾構機掘進的隱患。

焊件在組裝前必須將焊口或焊縫表面及附近母材內、外壁10～15 mm 范圍內的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發出金屬光澤；焊件對口時應做到內壁齊平，如有錯口，要求對接單面焊局部錯口值不應超過壁厚的10%，且不大于1 mm；焊口的局部間隙過大時，應設法修整到規定尺寸，嚴禁在間隙內加填塞物。

3.3 洞尾刷構造原理

本區間所用盾構機盾尾刷由2 道盾尾刷和1 道密封刷組成，由于洞內更換盾尾刷存在一定的施工風險[4]，考慮到地層及地下水的實際情況，本次更換作業只針對第一道盾尾刷。 盾尾刷構造如圖1 所示。

圖1 盾尾刷構造圖示

圖2 管片拆除示意圖

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

中盾外圍、 盾尾468 環注磷酸水玻璃施作止水環→盾尾后方448 環、458 環、463 環注水泥水玻璃雙液漿止水→拆除整環管片，第二道空腔注入盾尾油脂，對有滲漏水的部位臨時封堵→搭建作業平臺，清理第一道盾尾刷上的手涂油脂、盾尾油脂→自上而下切除第一道盾尾刷→安裝焊接新盾尾刷→重新涂抹手涂油脂→將K 塊調整至14 點， 使B1～B3 管片處于隧道下方壓住盾尾刷， 安裝470 環管片→對第一道空腔注入盾尾油脂，檢查環向滲漏情況→檢查無滲漏情況，恢復推進。

4.2 施工操作要點

4.2.1 施工準備

準備足夠數量的盾尾密封刷， 保證更換過程中盾尾密封刷的供應，同時將應急物資放置在盾構機平臺上，出現緊急情況時可立即進行處理。 應急物資見表1。

表1 洞內掌子面處應急物資表

在更換盾尾刷前召集所有參與施工人員進行技術交底、安全交底。 對更換盾尾刷過程中需要注意的問題及可能出現的特殊情況進行講解。

4.2.2 地層選擇及盾構機調試

盾尾密封刷的更換地點應選擇在地下水較少且穩定的地層。 本次選擇在470 環進行盾尾刷更換施工，所處地層為黏土層及含砂姜黏土層，地質情況較好，施工時要密切關注地下水量的變化。

盾構機土倉壓力控制在0.15～0.22 MPa，保證土倉壓力小于注漿壓力，避免土倉內的水沿盾體外側流入盾尾。

計算盾構機油缸頂進行程， 此行程處拆除第470 環管片后，將會露出第一道盾尾刷及第一道空腔，為盾尾刷提供更換空間，同時第二道盾尾刷及第二道空腔可正常工作，起到密封盾尾的作用。 管片拆除示意圖如2 所示。

4.2.3 更換流程施工

盾尾刷更換具體操作辦法如下。

1）經檢查盾尾刷周邊注漿施工達到止水效果后，重新緊固第469 環與第468 環管片的連接螺栓。 在管片安裝模式下，利用管片安裝機將470 環的7 點位K 塊拆除， 觀察該部位盾尾刷情況，如果注漿效果良好，管片拆除后無滲漏水情況，則繼續拆除470 環的下一塊管片并檢查滲漏情況。 管片全部拆除后，安排監測人員進行周邊管片加密監測，監測頻率為1 次/2 h。 拆除順序如圖3 所示。

圖3 管片拆除順序示意圖

2）盾尾處理。 在管片全部拆除完畢后，將B1～B3 管片放置于下部的8 點位、11 點位、5 點位壓住盾構機， 防止在施工過程中盾尾因重量不均發生偏移。 優先處理上部盾尾刷，待上部清理完畢后，拆除下方管片進行清理。

將管片密封刷及溝槽上的油脂、砂漿等清除干凈，搭建作業平臺后再開始割除盾尾刷。 盾尾刷全部割除完畢后，將疤痕打磨平整，開始焊接新的密封刷。 新盾尾刷焊接完成后，在新盾尾刷上重新涂抹手涂油脂。

3）刨除舊盾尾刷前先拆除盾尾刷的壓力傳感器及注漿壓力傳感器，焊接前一定就近做好焊接接地及煙霧收集工作；刨除盾尾刷遵循從上而下原則，打磨平整刷槽，定位盾尾刷，同一道兩盾尾刷間隔不超過3 mm，不能有錯臺；在盾尾刷全部焊接完成后開始盾尾油脂涂抹工作，手涂油脂必須飽滿，油脂塊遵循少油、塊深、塊小，分層壓緊密實。

4）對于情況較為良好的盾尾刷，可根據情況做出不同的處理辦法， 安裝情況較好的盾尾刷可僅做清理處理， 對于破損、掉落的盾尾刷進行更換處理。

更換完成后，在下部盾尾刷下方安裝鋼墊塊，防止拼裝的成環管片下沉， 第二次470 環的管片拼裝K 塊點位選在14點，將B1～B3 管片調整至下部壓住新更換的盾尾刷。

待所有管片安裝完成且管片螺栓上緊后， 開始對盾尾加注油脂，注脂量要達到填滿溝槽為止[5]。 當油脂倉油壓達到日常掘進壓力且無滲漏情況時， 取出土倉內水泵， 恢復正常掘進。 正常掘進時應當注意同步注漿壓力不得超過0.3 MPa，以免擊穿盾尾，再次造成盾尾刷損壞。

5 結語

徐州地鐵6 號線一期工程市紫區間洞內盾尾刷更換技術研究，總結出洞內盾尾刷更換的管控核心：選擇適當的更換盾尾刷的地層[6]；沿隧道方向精準施作止水環及小注漿，實現土壓平衡盾構洞內快速、安全、節能地進行盾尾刷更換，切實保障施工安全、質量，提升了施工效率。 在實際工程經驗的基礎上，圓滿完成了洞內盾尾刷更換施工任務，對類似工程具有很好的技術指導作用。