大直径盾构富水粉土地层盾尾刷更换施工技术

大直径盾构富水粉土地层盾尾刷更换施工技术

周一男

中国水利水电第五工程局有限公司 四川 成都  100000

摘要：盾尾刷是保护盾构施工安全的一道重要防线。现阶段隧道越来越长，埋深越来越深，盾构机直径越来越大的隧道施工中，选择合理位置进行盾尾刷检查及更换，是保证盾构机顺利完成隧道掘进的重要措施。以某地铁盾构区间9130mm盾构机尾刷检查及更换为例，介绍在富水粉土地层进行尾刷检查及更换工作，作业工程中无明水渗流，尾刷更换安全快速。通过对尾刷更换总结，为类似作业施工提供借鉴经验。

关键词：富水地层；盾尾刷；更换；盾构

1引言

在盾构施工过程中，盾尾刷是一道隔断作业面与地层的保护层，正是由于盾尾刷的存在才能在盾构机内提供一个安全的作业环境。在城市地铁发展的今天，隧道直径和埋深越来越大，地层越来越复杂。施工过程中对盾尾刷的安全要求也不断提高，很多学者及专家也利用相关工程进行探索，提出在隧道内进行尾刷更换的要求。现阶段，在危险地层条件下进行尾刷更换作业的安全措施仍需不断探索，确保在隧道内更换尾刷的安全。

本文以雄安某地铁项目为例，对盾尾刷进行检查更换，为类似作业提供参考。

2 工程概况

某项目第五组团站～高架起点区间盾构段位于河北省保定市容城县界内，西起第五组团站东侧明挖区间盾构井，向东沿规划EB4路敷设，下穿白沟引河后，在白沟引河东侧大里程端明挖区间盾构井结束。

3 工程地质和水文地质条件

3.1 工程地质

盾构区间地质从上至下主要为：杂填土、粉质粘土、粉土、砂层，其中隧道穿越主要地层为粉质粘土层、粉砂层。

盾构区间地下水：主要为潜水、承压水，受季节的影响，局部可能会存在上层滞水。

潜水：水位埋深2.80～12.6m，水位标高5.73m～-5.21m，含水层主要为粉土、粉细砂、粉质黏土；承压水：水位埋深9.75～10.77m左右，水头标高-1.65～-2.98m左右，含水层主要为粉土层、粉细砂。

3.2盾构机参数

第五组团站至高架起点盾构区间投入两台铁建重工生产的复合式土压平衡盾构机，开挖直径为9130mm，整机总长为125m。盾尾油脂密封系统主要是将油脂注入到盾尾的密封腔内，盾尾密封腔是由三道盾尾刷及一道钢板刷、一道止浆板与管片接触形成的封闭腔；

盾尾密封由3排密封刷+1道钢板刷、1道止浆板组成，密封刷和钢板刷、止浆板焊接在尾盾，防止浆液漏进盾体内部。在土压平衡状态时还有保持压力的作用。3排密封刷+1道钢板刷+1道止浆板形成的3个环形空间内充满油脂，每个环形空间各由10根油脂管注入。

4 富水粉土地层尾更换施工技术

4.1重难点及应对措施

1）地下水丰富，压力大；

应对措施：在停机前最后一环还剩0.7m注入膨润土浆液，在吨位后第3环整环注入聚氨酯止水环，在第4、5环注入整环双液浆止水环箍；

2）盾尾刷部分损坏，拆除容易发生渗漏水；

应对措施：在台车上备足油脂，在拆除前将油脂填充饱满腔道

3）防止长时间拆除管片后盾构机后退；

应对措施：严格按拆除顺序作业，拆一块，拼装一块，油缸支撑一块的要求，防止盾构机后退

4.2更换技术

盾构刷更换技术集中在：盾尾刷露出；盾尾后方止水；管片拆除、拼装；尾刷刨除、打磨、焊接；油脂涂抹及恢复掘。

4.3施工技术要点

4.3.1盾尾刷露出技术要点

根据更换尾刷的需求，确定盾构油缸伸出的长度，需要从两个方面进行把控[1]：①通过对盾构机设备的模拟，确定油缸深伸出的长度；②对盾构机所有油缸的长度进行判断分析，以油缸行程最短的为参考点，确保油缸伸出一次即可全部露出该圈的尾刷，为作业提高环境条件。

图1 更换内圈尾刷油缸伸出长度示意图

4.3.2盾尾后方止水施工技术要点

止水效果直接关乎尾刷更换作业的安全，是尾刷更换的重点关注对象。根据盾构施工的特点，盾尾后方来水共有2个方向，止水必须有针对性：

1)针对盾体前方的来水[2]，采用中盾注泥孔向盾体外注入惰性泥浆，同时防止盾尾包裹；

2)针对盾尾后方来水[4]，在盾尾后第四、五环采用双液浆进行封水环作业，在注双液浆时打开注浆孔，从上往下，交替对称进行，注浆时可打开相邻环附近管片注浆孔作为泄压孔，一孔注浆、一孔泄压（泄压孔一般位于注浆孔上方），以达到将管片背后空隙填充密实的目的；注浆结束标准：以压力控制为主，压力不超过3bar；

3)为完全隔绝盾尾周边的水，在盾尾后第三环注入聚氨酯，利用聚氨酯遇水反应的特点，将水路通道完全封堵。

4.3.3管片拆除、拼装施工技术要点

1）管片拆除控制重点

由于油缸长度不足以暴露出所需要的尾刷，因此需要在盾尾后继续拼装1环管片，考虑到方便观察尾刷露出情况和避免管片拆除时损坏管片，预留封顶块管片不拼装。管片拼装点位选择为油缸伸出最短位置。管片拆除一般按逆时针方向进行，同时在拆除时，一次拆除管片梳理不得超过3块[3]，在完成一块管片区域的尾刷更换后，立即将管片拼装回去后方可拆除下一刻管片。

2)尾刷刨除、打磨、尾刷焊接施工技术要点

盾尾刷露出清理后，在拆除时避免残渣损坏设备，盾尾刷拆除时由上往下，逐个取出损坏的盾尾刷。对尾刷安装位置进行打磨，确保尾刷安装平整；新盾尾刷安装采用拆2装1的方式进行更换。安装顺序为依次搭接安装，在最后1块安装时，尾刷稍宽，经过仔细量测后按尺寸切除，确保两块尾刷之间有足够搭接长度。盾尾刷拆除、安装的施工工艺要求及验收标准：

a更换盾尾刷前必须对最近安装的3环管片螺栓进行复紧。

b拆除和安装尾刷时应做好现场的通风措施现场放置灭火器。

c在拆、装过程中，高处作业时需使用安全带；注意尾刷的安装方向，尾刷钢片需依次搭接；在安装过程中，保持二次通风能正常使用。

d盾尾刷焊接之前和之后都要对焊接位置的油脂孔进行注入试验，防止由于焊接导致油脂注入堵塞。

3)油脂涂抹施工技术要点

尾刷焊接完成后开始盾尾油脂涂抹工作，盾尾刷内需涂抹手涂油脂，盾尾刷初次油脂的涂抹需尽量均匀足量，在操作时须将盾尾油脂团置入尾刷各层间的最底部，保证尾刷缝隙和每层之间添有密实的油脂。防止盾尾油脂物理特性发生较大改变而影响油脂涂抹的质量。每块尾刷油脂涂抹量约为6kg，所有尾刷更换完成，管片拼装完成后，需要在尾刷的腔道内进行油脂补充，需要在油脂全部填充饱满且达到设计压力值后方可恢复盾构掘进。

5结论

以雄安第五组团站～高架起点区间盾构施工尾刷更换为研究对象，从停机做封水环至恢复掘进整个更换过程为研究对象，在富水地层的封水环施作，效果检验、管片拼装及拆除选择，尾刷更换质量等各方面进行研究，1天时间内完成盾体及盾尾2环封水环作业，4天时间内完成直径9.1m盾尾的150块尾刷更换，本次作业工历时5天，高效、安全完成更换施工。说明本次更换作业各项工作执行到位，安全可控，可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]经伟平. 高含水粉砂地层洞内更换盾尾刷技术[J]. 建筑知识：学术刊, 2013(4):2.

[2]杨钊, 翟世鸿, 吴忠善,等. 高水压强渗透地层更换盾尾刷技术[C]// 首届水下隧道建设与管理技术交流会. 2013.

[3]杨春奇. 土压平衡盾构机掘进中更换盾尾刷施工技术[J]. 低温建筑技术, 2019, 41(10):3.

[4]孙延盼, 万凯, 王涛,等. 无锡地铁土压平衡盾构盾尾刷更换技术[J]. 江苏建筑, 2017(5):