淺談盾構(gòu)施工中盾尾密封裝置

劉濤

摘要：盾構(gòu)施工法中，盾尾密封系統(tǒng)是實現(xiàn)盾構(gòu)正常掘進(jìn)的一個關(guān)鍵系統(tǒng)，本文結(jié)合實際施工情況，介紹盾構(gòu)機(jī)盾尾密封裝置受損的常見原因及防治措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工;盾尾刷;防治措施

1 盾尾刷構(gòu)造

盾尾刷的作用是用來防止地下水、土砂、泥水和壁后注漿漿液對盾尾的滲漏，保證盾構(gòu)施工安全正常進(jìn)行。盾尾刷一般由三道鋼絲刷密封和六道彈簧鋼板密封組成，如圖1所示，用以防止地層中的泥水、地下水和襯砌外圍注漿材料從盾尾間隙漏人盾構(gòu)機(jī)。配備有盾尾刷注脂裝置，推進(jìn)時在每兩道密封之間自動注入密封用油脂，以提高密封效果.并減少鋼絲刷密封件與隧道管片外表面之間的磨擦，延長密封件的壽命。

圖1 ?盾構(gòu)機(jī)盾尾密封刷構(gòu)造圖

2、廣州地鐵十三號線施工九標(biāo)32#風(fēng)井～31#吊出井區(qū)間盾尾刷使用情況

本區(qū)間采用的是日本三菱土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，隧道總長460.539延米，從施工過程中以及盾構(gòu)機(jī)出洞情況來看，盾尾刷在使用過程中未達(dá)到理想結(jié)果，盾構(gòu)掘進(jìn)第40環(huán)左右時，出現(xiàn)了盾尾漏漿現(xiàn)象，地面沉降速率、累計沉降值超限，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全，同時也存在很大的施工風(fēng)險。盾構(gòu)機(jī)出洞后，盾尾刷鋼絲刷已脆斷脫落，如圖2所示。

圖2 出洞時盾尾刷

2.1工程概況

廣州市軌道交通十三號線首期工程（魚珠至象頸嶺段）【施工九標(biāo)】土建工程新塘站～官湖站區(qū)間位于增城市新塘鎮(zhèn)北廣深鐵路旁。本工程投入兩臺三菱盾構(gòu)機(jī)（Φ6260 EPB）先從32#風(fēng)井往新塘站方向始發(fā)，左、右線分別掘進(jìn)至31#盾構(gòu)井及新塘站吊出，轉(zhuǎn)場回到32#風(fēng)井二次始發(fā)，向官湖站掘進(jìn)，最后官湖站吊出，左右線隧道總長5089.526延米。

2.2地質(zhì)概況

隧道穿越區(qū)域主要包括<5Z-1>可塑狀砂質(zhì)粘土層;<5Z-2>硬塑狀砂質(zhì)粘土層;<6Z>全風(fēng)化混合花崗巖;<7Z>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖;<8Z>中風(fēng)化混合花崗巖，部分地段分布有〈2-1B〉淤泥質(zhì)土、〈2-4〉粉質(zhì)粘土等軟土層及〈3-1〉粉細(xì)砂和〈3-2〉中密狀中粗砂等砂層。隧道通過區(qū)段，第四系地層中地下水豐富。

3盾構(gòu)機(jī)盾尾密封裝置受損的原因分析

3.1 盾尾刷制造加工存在缺陷

本區(qū)間使用的盾尾刷制造短邊（內(nèi)）彈簧鋼板稍長，影響了注入的盾尾油脂與鋼絲刷接觸，加大了鋼絲刷密封件與隧道管片外表面之間的磨擦，從而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)出洞，盾尾鋼絲刷脆斷脫落現(xiàn)象。如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)機(jī)盾尾密封刷

3.2 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前盾尾刷的油脂涂抹不足

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前要在盾尾刷鋼絲內(nèi)涂抹盾尾油脂，涂抹標(biāo)準(zhǔn)為尾刷每根鋼絲上要沾滿油脂。如果涂抹不到位，會影響尾刷的密封效果，嚴(yán)重時漏漿。每臺盾構(gòu)機(jī)一般至少要涂抹盾尾油脂2桶左右。本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)前盾尾油脂涂抹不到位，部分未涂抹到，涂抹處緊在表面未涂抹滲入到鋼絲刷里面，后經(jīng)始發(fā)前條件驗收，要求進(jìn)行補(bǔ)涂，第二次補(bǔ)涂效果稍好。

3.3盾尾密封油脂質(zhì)量影響

盾尾密封油脂的質(zhì)量不好，對盾尾鋼絲刷起不到保護(hù)的作用，或因油脂中含有雜質(zhì)堵塞泵，使油脂壓注量達(dá)不到要求。本區(qū)間因盾尾漏漿更換了盾尾油脂。

3.4 盾尾油脂量和壓力不足影響

本區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)至第40～50環(huán)時出現(xiàn)盾尾漏漿，掘進(jìn)至100環(huán)左右時出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿，前期盾尾油脂注入每5～6環(huán)注入一桶，后期每2環(huán)注入一桶，注入盾尾油脂達(dá)不到密封效果，承包商壁后注漿采用由原單液漿改為雙液漿，盾尾漏漿得到了改善。

3.5 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)影響

本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)始發(fā)“栽頭”，第13環(huán)管片人工復(fù)測姿態(tài)最大垂直姿態(tài)：-247、水平姿態(tài)：-111，導(dǎo)向系統(tǒng)顯示垂直姿態(tài)（前/中/后）：-213/-260/-227、水平姿態(tài)：-73/-105/-99，負(fù)3環(huán)至25環(huán)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾偏至盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制值范圍（±50mm）;盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)控制較差，水平姿態(tài)超限（范圍+62mm～ -76mm）、垂直姿態(tài)超限（范圍-95mm～+103mm），姿態(tài)超限率約31%，因此盾構(gòu)機(jī)頻繁的糾偏，使隧道姿態(tài)呈蛇形趨勢，造成盾尾刷受損。

3.6管片拼裝質(zhì)量影響

3.6.1管片錯臺、破損對盾尾刷的影響

由于管片拼裝操作手的熟練程度不夠，組裝工藝不合理或野蠻施工，造成管片錯臺、破損等問題，特別是在縱縫錯臺，使得盾尾刷無法緊密包裹在整環(huán)管片，很容易形成漿液滲漏通道，在較高的注漿壓力作用下，極有可能將油脂沖脫而擊穿盾尾刷，造成盾尾漏漿，同時盾尾間隙過小，采取千斤頂強(qiáng)項頂進(jìn)，使得相鄰管片外壁處局部頂裂或破碎，從而帶進(jìn)盾尾艙，損壞盾尾刷。

3.6.2盾尾刷密封裝置受偏心管片過度擠壓后產(chǎn)生塑性變形而失去彈性，密封性能下降，在壓力作用下導(dǎo)致漿液滲漏。

3.6.3管片拼裝，千斤頂伸縮導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)后退，造成盾尾刷與管片間發(fā)生刷毛方向相反的運(yùn)動，使刷毛反卷，盾尾刷變形，密封性能下降而造成滲漏。

3.7土壓、注漿壓力及注漿方式

開挖面水土壓力及注漿壓力過大，擊穿盾尾刷而造成漏漿，本區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)下穿荔新橋，因荔新橋路面行駛車輛較多交通繁忙，為更好的控制盾構(gòu)機(jī)下穿時橋面的沉降，調(diào)整土壓為不低于2bar;盾構(gòu)掘進(jìn)至明挖區(qū)間時覆土較淺，最低覆土不足6米，盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)計要求覆土不得低于6米，低于6米需采取回填確保覆土厚度，盾構(gòu)掘進(jìn)至明挖臨時板房時，因土壓設(shè)定較高（1.6～1.8bar）導(dǎo)致地面冒漿;注漿壓力不能超過盾尾刷的最大承載壓力0.4MPa，如果注漿壓力過大，會擊穿盾尾刷而漏漿，本區(qū)間注漿壓力為0.3～0.48Mpa。本區(qū)間三菱土壓平衡盾構(gòu)機(jī)壁后注漿方式采用通過管片注漿孔進(jìn)行注漿，屬于及時注漿，從倒數(shù)第3環(huán)開始注漿，盾構(gòu)掘進(jìn)下一環(huán)行程700～800mm時開始注漿，因此較盾殼內(nèi)預(yù)埋注漿管同步注漿滯后，泥漿漏入損壞盾尾刷，影響盾尾密封。

4預(yù)防措施及治理方法

盾尾刷保護(hù)措施

為避免滲漏的發(fā)生，保證盾構(gòu)正常安全掘進(jìn)，在施工過程中必須采取措施保護(hù)好盾尾密封。

4.1改進(jìn)盾尾刷質(zhì)量

根據(jù)隧道施工的特點，改進(jìn)盾尾刷樣式，加強(qiáng)盾尾刷的承壓能力，根據(jù)盾尾間隙和管片外輪廓形狀，調(diào)整保護(hù)板、壓緊板和鋼絲長度，本工程下個區(qū)間盾尾刷進(jìn)行了改造，切除了內(nèi)側(cè)彈簧保護(hù)鋼板，加密加長了鋼絲刷，如圖9所示。經(jīng)推測分析，改進(jìn)后的盾尾刷內(nèi)側(cè)彈簧保護(hù)鋼板切除較短，彈簧保護(hù)鋼板彈性減小，剛性加大，使盾尾刷接觸管片面積減小，部分鋼絲刷未能較好的接觸盾尾油脂，造成部分盾尾刷未起到密封作用，從而將會造成盾尾漏漿，損壞盾尾密封性能，后續(xù)施工得以驗證此改進(jìn)后的盾尾刷密封效果仍存在盾尾漏漿情況。

圖9 改造后的盾尾刷

4.2 保證盾構(gòu)始發(fā)前第一次油脂的涂抹質(zhì)量

采用優(yōu)質(zhì)的盾尾油脂，要求有足夠的粘度、流動性、潤滑性、密封性能。盾構(gòu)始發(fā)前第一次油脂的涂抹，油脂必須充分涂抹到尾刷的鋼絲中間，確保尾刷每根鋼絲上要沾滿油脂，而且要對尾刷逐塊逐層進(jìn)行檢查，涂抹均勻，不留死角。一般要涂抹盾尾油脂4桶左右。

4.2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制，在盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整過程中，應(yīng)盡量減小糾偏量，同時積極測量各點位的盾尾間隙，推測管片與盾構(gòu)機(jī)的相對位置用以調(diào)整糾偏方式，盡最大努力使盾尾間隙均勻一致，減輕管片對盾尾刷的擠壓程度。同時K塊選擇要合理也對盾尾間隙及盾尾刷的保護(hù)起到相當(dāng)重要的作用。

4.3 保證管片拼裝質(zhì)量

施工中必須加強(qiáng)對管片的選型和拼裝管理，加強(qiáng)拼裝施工培訓(xùn)，提高拼裝人員的技術(shù)水平，要求管片拼成標(biāo)準(zhǔn)圓形，減少橢圓和錯臺等現(xiàn)象。嚴(yán)格控制管片組裝時的千斤頂伸縮量，避免盾構(gòu)產(chǎn)生后退。

4.4 管片粘貼海綿條

在每塊管片兩頭止水條下部粘貼海綿條封堵漏漿通，防止因盾尾漏漿影響盾尾密封性能。

4.5 控制壁后注漿壓力

注漿壓力一般控制在0.2～0.5MPa，施工中必須嚴(yán)格控制漿液的配比，經(jīng)常進(jìn)行試驗和現(xiàn)場抽檢，確保注漿壓力的合理，確保其凝固時間為10～15s，經(jīng)常檢查壓力傳感器，另在注漿壓力劇增時應(yīng)立即停止注漿，查明原因或者更換孔位后再進(jìn)行注漿。

4.6特殊情況下對盾尾刷的保護(hù)

1）長時間停機(jī)時，要間隔一定時間就要注入油脂。

2）停機(jī)時靠近盾尾處進(jìn)行二次注漿或聚氨脂時，要結(jié)合注入壓力及油脂倉內(nèi)壓力合理選擇是否補(bǔ)注油脂，以防止其進(jìn)入油脂倉內(nèi)，從而保護(hù)盾尾刷。

3）當(dāng)發(fā)生漏漿后必須進(jìn)行漏漿處局部打油脂，如同步注漿漿液漏漿，則最好進(jìn)行局部注脂。并在隨后的推進(jìn)時適當(dāng)?shù)奶岣哂椭⑷肓恐钡椒€(wěn)定。

4）當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重滲漏或竄漿現(xiàn)象時，采用盾尾全艙注脂處理的方法，以確保油脂艙內(nèi)有足夠的油脂量和壓力，建議從漏漿相對較小的地方向較大的地方逐漸靠近注入。如有必要則在管片與盾尾間堵住海綿再進(jìn)行注脂。堵住后在推進(jìn)50mm以內(nèi)專門停機(jī)進(jìn)行注脂以鞏固效果。

4.7 在條件允許的情況下，可更換盾尾刷，以保證盾尾刷的密封性，但風(fēng)險比較大。

5結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)盾尾刷的保護(hù)涉及到盾構(gòu)施工的注漿壓力、注漿量、盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)、地質(zhì)狀況、盾尾油脂、管片拼裝等多種因素。因此，在施工實際中必須做到細(xì)心，及時采取切實可行的措施，才能少走彎路，減少損失，保證工程的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]竺維彬等.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

[2]周文波.編著盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用，2004，11.