長距離盾構(gòu)隧道盾尾刷的保護(hù)

1、長距離盾構(gòu)隧道盾尾刷的保護(hù)劉利君（中鐵十二局集團(tuán)第二工程公司 山西太原 030032）摘要：隨著國家加大對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資，特別是鐵路、公路、市政建設(shè)等一大批重難點(diǎn)工程的投資建設(shè)，為長距離盾構(gòu)機(jī)快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。根據(jù)隧道項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，盾尾刷的保護(hù)是長距離盾構(gòu)機(jī)施工項(xiàng)目過程中的重中之重，特別是在富水地層中更是影響項(xiàng)目是否能夠順利施工的關(guān)鍵因素之一。本文根據(jù)廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道SD標(biāo)的施工經(jīng)驗(yàn)，并參考其余大直徑長距離泥水盾構(gòu)機(jī)項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，闡述長距離盾構(gòu)隧道施工中對(duì)盾尾刷的保護(hù)的管理技術(shù)，便于類似項(xiàng)目的參考。關(guān)鍵詞：長距離盾構(gòu)隧道、盾尾刷的保護(hù)、施工管理1 工程概況1.1 項(xiàng)目簡介

2、0;廣深港鐵路客運(yùn)專線是連接廣州、深圳、香港的快速鐵路通道，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，是珠三角地區(qū)城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，建成后對(duì)于推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展將發(fā)揮積極作用。獅子洋隧道工程從廣州側(cè)向東下穿獅子洋后進(jìn)入東莞，是廣深港鐵路客專的控制性工程。隧道采用四臺(tái)氣墊式泥水盾構(gòu)機(jī)施工，解決復(fù)雜地層、江中對(duì)接、洞內(nèi)拆機(jī)等世界性難題。隧道施工標(biāo)準(zhǔn)高，施工工期緊。隧道位于廣深港客運(yùn)專線東涌站虎門站區(qū)間，隧道起訖里程為DIK33000DIK43800，隧道內(nèi)徑9.8m，外徑10.8m，管片厚0.5m，隧道全長10.8Km。我部承擔(dān)獅子洋隧道SD標(biāo)進(jìn)口段，此標(biāo)段由引道段、明挖暗埋段及盾構(gòu)段三部分組成。其中盾構(gòu)段左線隧

3、道4590m(單頭掘進(jìn),右線隧道4890m（單頭掘進(jìn)）。隧道SD標(biāo)采用2臺(tái)11182mm泥水盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)制作及技術(shù)支持方為法國NFM公司，由北方重工沈陽重型機(jī)械廠組裝生產(chǎn)。2 盾尾刷的結(jié)構(gòu)及其重要性2.1 盾尾刷的結(jié)構(gòu)圖1盾構(gòu)機(jī)盾尾密封結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。從圖1可以看出，盾尾有3道密封刷以及一道鋼板束，一共三個(gè)環(huán)形油脂倉，在第二道及第三道盾尾刷之間安裝一道緊急密封。盾尾密封刷之間的間隙通過注入盾尾密封油脂（共30個(gè)注入點(diǎn)每個(gè)環(huán)形油脂倉10個(gè)注入點(diǎn)），每個(gè)注入點(diǎn)通過一個(gè)氣動(dòng)油脂閥控制其注入量。2.2 保護(hù)盾尾刷的重要性通過盾尾刷的保護(hù)，保證盾尾管片背后同步注漿的漿液不會(huì)從管片和盾構(gòu)機(jī)之

4、間的間隙漏出，同時(shí)防止地下水滲漏到盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。如果盾尾刷損壞，導(dǎo)致盾尾漏漿，屆時(shí)泥漿、地下水等將涌入隧道，特別是在沙層、淤泥層如果盾尾刷受到破壞失去了有效的密封措施則后果將不堪設(shè)想。因此盾尾刷可謂是盾構(gòu)機(jī)的生命線，避免出現(xiàn)漏漿是盾構(gòu)掘進(jìn)中的重要任務(wù)，而做好盾尾刷的保護(hù)又是防止漏漿的關(guān)鍵所在和基本保證。3 盾尾刷損壞的原因分析及預(yù)防措施能夠引起盾尾刷損壞的原因很多，但具體分析可歸納出以下幾點(diǎn)：泥漿、砂漿等進(jìn)入油脂倉并形成硬塊造成對(duì)盾尾刷的破壞，甚至拉傷尾刷；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；盾構(gòu)機(jī)后退，造成盾尾刷與管片間發(fā)生刷毛方向相

5、反的運(yùn)動(dòng)，使刷毛反卷，盾尾刷變形，密封性能下降而造成滲漏；油脂量注入不足，油脂未充滿油脂倉，油脂壓力不足以抵抗土體太力導(dǎo)致泥漿等有害物質(zhì)進(jìn)入油脂倉內(nèi)加快對(duì)盾尾刷的摩損；硬塊通過管片背部進(jìn)入油脂倉，從而拉傷盾尾刷。防治措施包括：嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)的糾偏量，盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致，減輕管片對(duì)盾尾刷的擠壓程度；避免盾構(gòu)產(chǎn)生后退；盾尾注脂系統(tǒng)保養(yǎng)的日常化，及時(shí)補(bǔ)充油脂倉的油脂。4 具體施工對(duì)盾尾刷保護(hù)的措施4.1 始發(fā)時(shí)對(duì)盾尾刷的保護(hù)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前要在盾尾刷鋼絲內(nèi)涂抹WR90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(huì)影響尾刷的密封效果，嚴(yán)重時(shí)漏漿，造成對(duì)盾尾刷的破壞。拼完第一環(huán)

6、管片后進(jìn)行長時(shí)間的油脂注入，保證油脂倉內(nèi)完全充滿油脂后再進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，特別是在盾體完全進(jìn)入土體時(shí)一定要保證油脂倉內(nèi)充滿油脂并具有一定的壓力，進(jìn)入土體時(shí)對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)入油脂倉內(nèi)造成對(duì)尾刷的破壞。4.2 管片拼裝對(duì)盾尾刷的影響及防治措施4.2.1 管片變形對(duì)盾尾刷的影響管片拼裝后標(biāo)準(zhǔn)為圓形，但在管片拼裝過程中，將管片拼裝成橫向的橢圓形，致使管片和盾尾部分地方間隙超標(biāo)造成漏漿。另一方面由于管片拼裝成橢圓形，增大了管片之間止水條外緣縱圖2縫的寬度，實(shí)際在管片拼裝過程中將出現(xiàn)兩腰的管環(huán)之間的外緣縱縫開口較大，上下部分縱縫較小。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)至1.8m左右時(shí)，尾刷末端正好到達(dá)上一環(huán)管片，此時(shí)尾刷就正處

7、在該環(huán)管片上，由于注漿壓力都很大，縱縫處的油脂無法承受漿液的壓力，就形成一個(gè)滲漏通道，造成盾尾漏漿從而引起對(duì)盾尾刷的破壞。盾尾和管片橢圓的關(guān)系如圖2所示。圖34.2.2 管片錯(cuò)臺(tái)對(duì)盾尾刷的影響由于工人對(duì)管片拼裝不熟練，造成管片錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重，特別是在縱縫錯(cuò)臺(tái)產(chǎn)生后，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。雖然盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)盾尾油脂倉內(nèi)有盾尾油脂填充縱縫，但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，造成盾尾漏漿進(jìn)一步破壞盾尾刷。盾尾與管片縱縫的錯(cuò)臺(tái)關(guān)系如圖3所示。4.2.3 管片碎裂對(duì)盾尾刷的影響在軸心線未產(chǎn)生較大偏差的狀態(tài)下，組裝工藝不合理或野蠻施工，K塊管片安裝時(shí)沒有足

8、夠的空間，盾尾間隙過小，采用盾構(gòu)千斤頂強(qiáng)行頂進(jìn)，造成相鄰管片外壁處(尤其螺栓孔、角根部)在千斤頂高壓狀態(tài)下頂裂或破碎，從而帶進(jìn)盾尾艙，損壞盾尾刷。4.2.4 防治措施加強(qiáng)拼裝施工培訓(xùn)，提高拼裝人員的技術(shù)水平，要求管片不拼成橢圓形，以減少橢圓和縱縫、環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。在每次管片拼裝前，應(yīng)清除盾體內(nèi)的渣土，避免拼裝管片時(shí)難以對(duì)位，造成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。封頂K塊拼裝前，必須調(diào)整好開口尺寸，使封頂塊能順利插入到位。保證較好的盾尾間隙，以使管片拼裝更加容易。4.3 同步注漿對(duì)盾尾刷的影響及防治措施盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，由于操作人員技術(shù)操作失當(dāng)或雙砂漿配比不合理，注漿壓力設(shè)定太高，砂漿注入過多，壓力傳感器處有砂漿凝固

9、等原因，造成漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時(shí)，就會(huì)擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成竄漿，從而對(duì)盾尾刷造成破壞。因此在施工中必須嚴(yán)格控制雙液漿的配比，經(jīng)常進(jìn)行試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)抽檢，確保注漿壓力的合理，經(jīng)常檢查壓力傳感器，當(dāng)注漿壓力劇增時(shí)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4.4 泥水壓力對(duì)盾尾刷的影響及防治措施由于在環(huán)流系統(tǒng)操作時(shí)開挖面的泥水壓力設(shè)定值過高，切削下來的巖塊堵塞排泥管道口或泥水艙，或氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障，都有可能導(dǎo)致泥水艙內(nèi)泥水壓力過高，超過盾尾刷的抗壓能力，瞬間擊穿盾尾刷而造成對(duì)盾尾刷的損壞。在掘進(jìn)過程中，設(shè)定合理的氣墊倉壓力，在管道發(fā)生堵塞時(shí),若開挖面水壓高于上限值則應(yīng)立即暫停掘

10、進(jìn),通過旁通模式調(diào)節(jié)使壓力回復(fù)到正常范圍，再通地反循環(huán)等方式清通管路，或通過檢查判斷具體堵塞位置后人工清除巖塊。如果氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)問題則需及時(shí)處理，必要時(shí)可通過手動(dòng)排氣、關(guān)閉空壓機(jī)等方式降低氣墊倉壓力。4.5 盾尾油脂量和壓力不足的防治措施在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂與掘進(jìn)速度成正比，速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時(shí)間內(nèi)不能滿足其消耗量，若不及時(shí)調(diào)整油脂泵注脂率，則盾尾刷內(nèi)的油脂量和注入油脂的壓力不能及時(shí)密封盾尾，勢(shì)必造成尾刷的密封效果減弱，形成盾尾滲漏造成對(duì)尾刷的破壞。 在實(shí)際的施工中，可以有針對(duì)性地采取以下措施:采用優(yōu)質(zhì)盾尾油脂,提高其可耐負(fù)壓；采用合理的油脂注入的

11、壓力值，關(guān)注每環(huán)的總注入量；合理的進(jìn)行油脂的補(bǔ)注，制定合理的補(bǔ)注計(jì)劃；把對(duì)盾尾注脂系統(tǒng)的保養(yǎng)日?；?，每班在主控室內(nèi)檢查，每周至少進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)檢查，能構(gòu)做到問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理；注意油脂氣動(dòng)閥的清理工作，并對(duì)動(dòng)作較慢的閥及時(shí)處理。4.6 盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)對(duì)盾尾刷的影響及防治措施盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整過量容易使盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)“蛇形”前進(jìn)現(xiàn)象，致使盾尾間隙一邊大一邊小，間隙大的一邊容易漏漿，間隙過小則容易擠壞盾尾刷，造成尾刷鋼絲超過其彈性變形，止?jié){失效而漏漿造成對(duì)盾尾刷的破壞。同時(shí)間隙變化較快的話，油脂不能及時(shí)充滿油脂倉，很容易使泥水、砂漿竄入形成硬塊從而造成對(duì)盾尾刷的損壞，更甚都拉壞尾刷。在盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整過

12、程中，應(yīng)盡量減小糾偏量，密切關(guān)注PPS的數(shù)據(jù)，同時(shí)積極測(cè)量各點(diǎn)位的盾尾間隙，推測(cè)管片與盾構(gòu)機(jī)的相對(duì)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。同時(shí)K塊選擇要合理也對(duì)盾尾間隙及盾尾刷的保護(hù)起到相當(dāng)重要的作用。4.6 特殊情況下對(duì)盾尾刷的保護(hù)（1）開關(guān)倉時(shí)，物別是關(guān)倉時(shí)，泥水壓力持續(xù)增加的情況下要注意注入油脂。（2）長時(shí)間停機(jī)時(shí)，要間隔一定時(shí)間就要注入油脂。（3）停機(jī)時(shí)靠近盾尾處進(jìn)行二次注漿或聚氨脂時(shí)，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。（4）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(shí)造當(dāng)?shù)奶岣哂椭⑷肓恐钡椒€(wěn)定。（5）當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重滲漏或竄漿現(xiàn)象時(shí),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(duì)較小的地方向較大的地方逐漸靠近注入。如有必要?jiǎng)t在管片與盾尾間堵住棉被再進(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。 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(shí)際中必須做到細(xì)心，及時(shí)采取切實(shí)可行的措施，才能少走彎路，減少損失，保