淺談盾構(gòu)施工中盾尾密封裝置受損的原因分析及防治措施

廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東廣州 510000

摘要：盾構(gòu)施工法中，盾尾密封系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)正常掘進(jìn)的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，本文結(jié)合實(shí)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

盾尾刷一般由三道鋼絲刷密封和六道彈簧鋼板密封組成，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(shí)在每?jī)傻烂芊庵g自動(dòng)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(zhǎng)密封件的壽命。

2、本區(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(zhǎng)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)至第40～50環(huán)時(shí)出現(xiàn)盾尾漏漿，掘進(jìn)至100環(huán)左右時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿，地面沉降速率、累計(jì)沉降值超限，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全，同時(shí)也存在很大的施工風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)機(jī)出洞后，盾尾刷鋼絲刷已脆斷脫落。

2.1工程概況

廣州市軌道交通十三號(hào)線首期工程[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。本工程一站兩區(qū)間，中間風(fēng)井兼盾構(gòu)始發(fā)井，左右線隧道總長(zhǎng)5089.526延米。

2.2地質(zhì)概況

隧道主要穿越地層<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)化層、<7Z>強(qiáng)風(fēng)化層、<8Z>中風(fēng)化層，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、〈3-1〉粉細(xì)砂和〈3-2〉中粗砂層。

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)間使用的盾尾刷被內(nèi)外兩側(cè)折行彈簧鋼板密封，設(shè)計(jì)構(gòu)想折行彈簧鋼板為止?jié){板、節(jié)省盾尾油脂，因制造短邊（內(nèi)側(cè)）彈簧鋼板稍長(zhǎng)，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1、2所示。

3.2 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前盾尾刷的油脂涂抹不足

本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)前盾尾油脂涂抹不到位，部分尾刷未涂抹到，涂抹處僅在表面未涂抹滲入到鋼絲刷里面，后經(jīng)始發(fā)前條件驗(yàn)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(duì)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)間前期盾尾油脂注入5～6環(huán)/桶，后期2環(huán)/桶，因盾尾密封效果較差，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)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)已糾偏至±50mm；且盾構(gòu)掘進(jìn)過程姿態(tài)控制較差，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(shì)，造成盾尾刷受損。

3.6管片拼裝質(zhì)量影響

3.6.1 盾構(gòu)姿態(tài)控制較差、管片拼裝手操作不熟練及野蠻施工，造成管片拼裝錯(cuò)臺(tái)、破損，形成漿液滲漏通道，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(dòng)，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

本區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)下穿荔新橋，為更好的控制盾構(gòu)機(jī)下穿時(shí)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(shí)覆土較淺，因土壓設(shè)定較高（1.6～1.8bar）導(dǎo)致地面冒漿；盾尾刷的最大承載壓力為0.4MPa，本區(qū)間注漿壓力為0.3～0.48Mpa，本區(qū)間采用及時(shí)注漿，從倒數(shù)第3環(huán)管片開始注漿，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

4.1改進(jìn)盾尾刷質(zhì)量

根據(jù)隧道施工的特點(diǎn)，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(zhǎng)度，本工程對(duì)下個(gè)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(zhǎng)了鋼絲刷。經(jīng)推測(cè)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(huì)造成盾尾漏漿，損壞盾尾密封性能，后續(xù)施工得以驗(yàn)證此改進(jìn)后的盾尾刷密封效果不理想。

4.2 保證盾構(gòu)始發(fā)前第一次油脂的涂抹質(zhì)量

盾構(gòu)始發(fā)前第一次油脂涂抹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(duì)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2桶左右。

4.3 嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、管片拼裝質(zhì)量

盾構(gòu)掘進(jìn)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，管片合理選型，減小糾偏量，盾尾間隙均勻，減輕管片對(duì)盾尾刷的擠壓程度。加強(qiáng)管片拼裝質(zhì)量管理，要求管片拼成標(biāo)準(zhǔn)圓形，減少橢圓和錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象。嚴(yán)格控制管片組裝時(shí)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，漿液凝固時(shí)間為10～15s，經(jīng)常檢查壓力傳感器，另在注漿壓力劇增時(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。

4.6 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(xiǎn)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(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，保證工程的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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