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1、长距离盾构隧道盾尾刷的保护刘利君（中铁十二局集团第二工程公司 山西太原 030032）摘要：随着国家加大对基础设施建设的投资，特别是铁路、公路、市政建设等一大批重难点工程的投资建设，为长距离盾构机快速发展奠定基础。根据隧道项目建设的经验，盾尾刷的保护是长距离盾构机施工项目过程中的重中之重，特别是在富水地层中更是影响项目是否能够顺利施工的关键因素之一。本文根据广深港客运专线狮子洋隧道SD标的施工经验，并参考其余大直径长距离泥水盾构机项目施工经验，阐述长距离盾构隧道施工中对盾尾刷的保护的管理技术，便于类似项目的参考。关键词：长距离盾构隧道、盾尾刷的保护、施工管理1 工程概况1.1 项目简介广深港铁
2、路客运专线是连接广州、深圳、香港的快速铁路通道，设计时速350公里，是珠三角地区城际铁路网的重要组成部分，建成后对于推动区域经济发展将发挥积极作用。狮子洋隧道工程从广州侧向东下穿狮子洋后进入东莞，是广深港铁路客专的控制性工程。隧道采用四台气垫式泥水盾构机施工，解决复杂地层、江中对接、洞内拆机等世界性难题。隧道施工标准高，施工工期紧。隧道位于广深港客运专线东涌站虎门站区间，隧道起讫里程为DIK33000DIK43800，隧道内径9.8m，外径10.8m，管片厚0.5m，隧道全长10.8Km。我部承担狮子洋隧道SD标进口段，此标段由引道段、明挖暗埋段及盾构段三部分组成。其中盾构段左线隧道4590m
3、(单头掘进,右线隧道4890m（单头掘进）。隧道SD标采用2台11182mm泥水盾构机施工，盾构机设计制作及技术支持方为法国NFM公司，由北方重工沈阳重型机械厂组装生产。2 盾尾刷的结构及其重要性2.1 盾尾刷的结构图1盾构机盾尾密封结构示意如图1所示。从图1可以看出，盾尾有3道密封刷以及一道钢板束，一共三个环形油脂仓，在第二道及第三道盾尾刷之间安装一道紧急密封。盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂（共30个注入点每个环形油脂仓10个注入点），每个注入点通过一个气动油脂阀控制其注入量。2.2 保护盾尾刷的重要性通过盾尾刷的保护，保证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漏出
4、，同时防止地下水渗漏到盾构机内。如果盾尾刷损坏，导致盾尾漏浆，届时泥浆、地下水等将涌入隧道，特别是在沙层、淤泥层如果盾尾刷受到破坏失去了有效的密封措施则后果将不堪设想。因此盾尾刷可谓是盾构机的生命线，避免出现漏浆是盾构掘进中的重要任务，而做好盾尾刷的保护又是防止漏浆的关键所在和基本保证。3 盾尾刷损坏的原因分析及预防措施能够引起盾尾刷损坏的原因很多，但具体分析可归纳出以下几点：泥浆、砂浆等进入油脂仓并形成硬块造成对盾尾刷的破坏，甚至拉伤尾刷；盾尾刷密封装置受偏心管片过度挤压后产生塑性变形而失去弹性，密封性能下降，在压力作用下导致浆液渗漏；盾构机后退，造成盾尾刷与管片间发生刷毛方向相反的运动，使
5、刷毛反卷，盾尾刷变形，密封性能下降而造成渗漏；油脂量注入不足，油脂未充满油脂仓，油脂压力不足以抵抗土体太力导致泥浆等有害物质进入油脂仓内加快对盾尾刷的摩损；硬块通过管片背部进入油脂仓，从而拉伤盾尾刷。防治措施包括：严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾间隙均匀一致，减轻管片对盾尾刷的挤压程度；避免盾构产生后退；盾尾注脂系统保养的日常化，及时补充油脂仓的油脂。4 具体施工对盾尾刷保护的措施4.1 始发时对盾尾刷的保护盾构机始发前要在盾尾刷钢丝内涂抹WR90油脂，涂抹标准为尾刷每根钢丝上要沾满油脂。如果涂抹不到位，会影响尾刷的密封效果，严重时漏浆，造成对盾尾刷的破坏。拼完第一环管片后进行长
6、时间的油脂注入，保证油脂仓内完全充满油脂后再进行盾构机的推进，特别是在盾体完全进入土体时一定要保证油脂仓内充满油脂并具有一定的压力，进入土体时对有害物质进入油脂仓内造成对尾刷的破坏。4.2 管片拼装对盾尾刷的影响及防治措施4.2.1 管片变形对盾尾刷的影响管片拼装后标准为圆形，但在管片拼装过程中，将管片拼装成横向的椭圆形，致使管片和盾尾部分地方间隙超标造成漏浆。另一方面由于管片拼装成椭圆形，增大了管片之间止水条外缘纵图2缝的宽度，实际在管片拼装过程中将出现两腰的管环之间的外缘纵缝开口较大，上下部分纵缝较小。在盾构机掘进一环至1.8m左右时，尾刷末端正好到达上一环管片，此时尾刷就正处在该环管片上
7、，由于注浆压力都很大，纵缝处的油脂无法承受浆液的压力，就形成一个渗漏通道，造成盾尾漏浆从而引起对盾尾刷的破坏。盾尾和管片椭圆的关系如图2所示。图34.2.2 管片错台对盾尾刷的影响由于工人对管片拼装不熟练，造成管片错台严重，特别是在纵缝错台产生后，使得盾尾刷无法紧密包裹在整环管片，很容易形成浆液渗漏通道。虽然盾构推进时盾尾油脂仓内有盾尾油脂填充纵缝，但在较高的注浆压力作用下，极有可能将油脂冲脱而击穿盾尾刷，造成盾尾漏浆进一步破坏盾尾刷。盾尾与管片纵缝的错台关系如图3所示。4.2.3 管片碎裂对盾尾刷的影响在轴心线未产生较大偏差的状态下，组装工艺不合理或野蛮施工，K块管片安装时没有足够的空间，盾
8、尾间隙过小，采用盾构千斤顶强行顶进，造成相邻管片外壁处(尤其螺栓孔、角根部)在千斤顶高压状态下顶裂或破碎，从而带进盾尾舱，损坏盾尾刷。4.2.4 防治措施加强拼装施工培训，提高拼装人员的技术水平，要求管片不拼成椭圆形，以减少椭圆和纵缝、环缝错台的现象。在每次管片拼装前，应清除盾体内的渣土，避免拼装管片时难以对位，造成错台现象。封顶K块拼装前，必须调整好开口尺寸，使封顶块能顺利插入到位。保证较好的盾尾间隙，以使管片拼装更加容易。4.3 同步注浆对盾尾刷的影响及防治措施盾构机在掘进过程中，由于操作人员技术操作失当或双砂浆配比不合理，注浆压力设定太高，砂浆注入过多，压力传感器处有砂浆凝固等原因，造成
9、浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时，就会击穿盾尾刷和油脂衬背而造成窜浆，从而对盾尾刷造成破坏。因此在施工中必须严格控制双液浆的配比，经常进行试验和现场抽检，确保注浆压力的合理，经常检查压力传感器，当注浆压力剧增时应立即停止注浆,查明原因或者更换孔位后再进行注浆4.4 泥水压力对盾尾刷的影响及防治措施由于在环流系统操作时开挖面的泥水压力设定值过高，切削下来的岩块堵塞排泥管道口或泥水舱，或气压调节系统故障，都有可能导致泥水舱内泥水压力过高，超过盾尾刷的抗压能力，瞬间击穿盾尾刷而造成对盾尾刷的损坏。在掘进过程中，设定合理的气垫仓压力，在管道发生堵塞时,若开挖面水压高于上限值则应立即暂停掘进,通过旁通
10、模式调节使压力回复到正常范围，再通地反循环等方式清通管路，或通过检查判断具体堵塞位置后人工清除岩块。如果气压调节系统出现问题则需及时处理，必要时可通过手动排气、关闭空压机等方式降低气垫仓压力。4.5 盾尾油脂量和压力不足的防治措施在盾构掘进过程中，盾尾刷与管片的摩擦消耗的油脂与掘进速度成正比，速度过快则注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量，若不及时调整油脂泵注脂率，则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不能及时密封盾尾，势必造成尾刷的密封效果减弱，形成盾尾渗漏造成对尾刷的破坏。 在实际的施工中，可以有针对性地采取以下措施:采用优质盾尾油脂,提高其可耐负压；采用合理的油脂注入的压力值，关注
11、每环的总注入量；合理的进行油脂的补注，制定合理的补注计划；把对盾尾注脂系统的保养日常化，每班在主控室内检查，每周至少进行一次现场检查，能构做到问题及时发现，及时处理；注意油脂气动阀的清理工作，并对动作较慢的阀及时处理。4.6 盾构机的姿态对盾尾刷的影响及防治措施盾构机的姿态调整过量容易使盾构机出现“蛇形”前进现象，致使盾尾间隙一边大一边小，间隙大的一边容易漏浆，间隙过小则容易挤坏盾尾刷，造成尾刷钢丝超过其弹性变形，止浆失效而漏浆造成对盾尾刷的破坏。同时间隙变化较快的话，油脂不能及时充满油脂仓，很容易使泥水、砂浆窜入形成硬块从而造成对盾尾刷的损坏，更甚都拉坏尾刷。在盾构机的姿态调整过程中，应尽量
12、减小纠偏量，密切关注PPS的数据，同时积极测量各点位的盾尾间隙，推测管片与盾构机的相对位置用以调整纠偏方式，尽最大努力使盾尾间隙均匀一致。同时K块选择要合理也对盾尾间隙及盾尾刷的保护起到相当重要的作用。4.6 特殊情况下对盾尾刷的保护（1）开关仓时，物别是关仓时，泥水压力持续增加的情况下要注意注入油脂。（2）长时间停机时，要间隔一定时间就要注入油脂。（3）停机时靠近盾尾处进行二次注浆或聚氨脂时，要结合注入压力及油脂仓内压力合理选择是否补注油脂，以防止其进入油脂仓内，从而保护盾尾刷。（4）当发生漏浆后必须进行漏浆处局部打油脂,如同步注浆浆液漏浆,则最好进行局部注脂。并在随后的推进时造当的提高油脂
13、注入量直到稳定。（5）当发生严重渗漏或窜浆现象时,采用盾尾全舱注脂处理的方法,以确保油脂舱内有足够的油脂量和压力,建议从漏浆相对较小的地方向较大的地方逐渐靠近注入。如有必要则在管片与盾尾间堵住棉被再进行注脂。堵住后在推进50mm以内专门停机进行注脂以巩固效果。 5 结束语盾构机盾尾刷的保护涉及到盾构施工的注浆压力、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾油脂、管片拼装等多种因素。因此，在施工实际中必须做到细心，及时采取切实可行的措施，才能少走弯路，减少损失，保证工程的施工进度和施工质量。作者简介：刘利君 男 1983年1月出生 ；助理工程师；籍贯：河北承德；2007年昆明理工大学毕业，机械工程及自动化专业；现就职中铁十二局长沙地铁一号线十标项目部工区长；主要进行设备管理、施工管理，主抓盾构机施工管理，联系地址：湖南省 长沙市 天心区 大托镇先锋村果园子组中铁十二局10标项目部；邮编：410011；电话：18608833325；电子邮件：5
