地鐵盾構(gòu)洞內(nèi)盾尾刷更換技術(shù)研究

李紅巖

（徐州地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

洞內(nèi)盾尾刷更換是在盾構(gòu)掘進(jìn)期間， 因盾尾刷損壞失效導(dǎo)致盾尾出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏，為保障盾構(gòu)掘進(jìn)安全順利進(jìn)行，不得不對(duì)損毀的盾尾刷進(jìn)行更換[1]。 近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的地下工程采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工，因此，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)盾尾刷損毀的次數(shù)也不斷增加。 在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，特別是在軟弱復(fù)雜地層中，洞內(nèi)更換盾尾刷存在極大安全風(fēng)險(xiǎn)[2]，因此，洞內(nèi)盾尾刷更換技術(shù)也是目前國(guó)內(nèi)盾尾刷更換的研究重點(diǎn)所在。 結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)及盾構(gòu)施工情況，宜選擇相對(duì)穩(wěn)定的地層進(jìn)行盾尾刷更換[3]，精準(zhǔn)施作止水環(huán)，進(jìn)行小注漿，可實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)安全快速更換盾尾刷。

2 工程概況

徐州地鐵6 號(hào)線一期工程市行政中心～紫金路站區(qū)間隧道覆土厚度為11.5～19.3 m， 隧道一般掘進(jìn)段主要穿越黏土層、含砂姜黏土層、砂質(zhì)粉土層、砂質(zhì)粉土層、黏土層。

市紫盾構(gòu)區(qū)間施工過(guò)程中， 在第185 環(huán)、192 環(huán)、373 環(huán)、421 環(huán)的7 點(diǎn)位、4 點(diǎn)位出現(xiàn)了盾尾間隙少量漏漿的情況，通過(guò)分析排查，發(fā)現(xiàn)盾尾刷出現(xiàn)部分損壞，密封作用失效。 經(jīng)調(diào)查論證后，決定在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至470 環(huán)處時(shí)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的第一道盾尾刷進(jìn)行檢查更換。更換盾尾刷周邊土層②-3a-3 黏土主要特性為：灰～灰黃色，無(wú)搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。⑤-3a-4c 含砂漿黏土主要特性為：黃褐～棕黃色，硬塑，切面粗糙，含鐵錳結(jié)核，含較多鈣質(zhì)結(jié)核（砂漿），粒徑為0.5～4 cm，部分粒徑可達(dá)12 cm，含量約15%～30%，局部鈣質(zhì)結(jié)核富集。

3 土壓平衡盾構(gòu)盾尾刷更換施工技術(shù)

3.1 盾尾刷損壞原因及處理方式

3.1.1 原因分析

盾尾刷自身問(wèn)題：（1）底部盾尾刷磨損嚴(yán)重，止?jié){效果缺失；（2）混凝土碎塊掉入盾尾間隙導(dǎo)致底部部分盾尾刷被破壞。

盾構(gòu)機(jī)操作問(wèn)題：（2）盾尾油脂注入不連續(xù)，且盾尾刷內(nèi)存在流通通道；（2）掘進(jìn)過(guò)程中同步注漿壓力過(guò)大；（3）盾構(gòu)司機(jī)預(yù)先調(diào)節(jié)盾尾間隙為聯(lián)絡(luò)通道做準(zhǔn)備， 導(dǎo)致盾尾間隙過(guò)大出現(xiàn)流通通道。

3.1.2 處理措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況綜合判斷， 該盾構(gòu)機(jī)盾尾刷局部已出現(xiàn)破損、錯(cuò)位、缺失等情況，必須對(duì)失效盾尾刷進(jìn)行更換，主要施工任務(wù)如下：（1） 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)指定位置， 參數(shù)控制到設(shè)計(jì)值；（2）設(shè)備、材料、人員等配備滿足施工條件；（3）使用二次注漿及止水環(huán)施工將盾尾進(jìn)行封閉；（4）拆除管片，清理已損壞盾尾刷并拆除更換，重新涂抹油脂；（5）重新進(jìn)行管片拼裝，檢查盾尾情況，恢復(fù)盾構(gòu)掘進(jìn)施工。

3.2 洞內(nèi)盾尾刷更換重難點(diǎn)分析

3.2.1 止水環(huán)施工質(zhì)量

止水環(huán)及二次注漿施工質(zhì)量是盾尾刷順利更換的關(guān)鍵。通過(guò)468 環(huán)管片的注漿孔（吊裝孔）向管片背后注入WSS 無(wú)收縮性雙液漿。注漿參數(shù)：注漿壓力不大于0.3 MPa，單環(huán)注漿量3～3.5 m3。 同時(shí)在已拼裝好的區(qū)間管片中挑選3 環(huán)管片（448 環(huán)、458 環(huán)、463 環(huán)） 進(jìn)行二次注漿。 注漿壓力不大于0.3 MPa，單環(huán)注漿量4.2～5.7 m3，注漿比例為水∶水泥=1∶1，水玻璃∶水泥漿=0.8∶1。 拆除管片之前檢查周邊滲漏水情況，應(yīng)嚴(yán)防土倉(cāng)積水及土層地下水沿空隙流入盾尾， 同時(shí)對(duì)地面進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)與巡視， 防止盾構(gòu)機(jī)外部形成流通通道導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)及地面沉降。

3.2.2 盾尾刷更換焊接質(zhì)量

更換盾尾刷過(guò)程需要大量的電焊作業(yè)，如果焊接質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致本次盾構(gòu)機(jī)盾尾刷更換施工前功盡棄，同時(shí)存在焊接缺陷的盾尾刷在復(fù)推后會(huì)再次成為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的隱患。

焊件在組裝前必須將焊口或焊縫表面及附近母材內(nèi)、外壁10～15 mm 范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤；焊件對(duì)口時(shí)應(yīng)做到內(nèi)壁齊平，如有錯(cuò)口，要求對(duì)接單面焊局部錯(cuò)口值不應(yīng)超過(guò)壁厚的10%，且不大于1 mm；焊口的局部間隙過(guò)大時(shí)，應(yīng)設(shè)法修整到規(guī)定尺寸，嚴(yán)禁在間隙內(nèi)加填塞物。

3.3 洞尾刷構(gòu)造原理

本區(qū)間所用盾構(gòu)機(jī)盾尾刷由2 道盾尾刷和1 道密封刷組成，由于洞內(nèi)更換盾尾刷存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)[4]，考慮到地層及地下水的實(shí)際情況，本次更換作業(yè)只針對(duì)第一道盾尾刷。 盾尾刷構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 盾尾刷構(gòu)造圖示

圖2 管片拆除示意圖

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

中盾外圍、 盾尾468 環(huán)注磷酸水玻璃施作止水環(huán)→盾尾后方448 環(huán)、458 環(huán)、463 環(huán)注水泥水玻璃雙液漿止水→拆除整環(huán)管片，第二道空腔注入盾尾油脂，對(duì)有滲漏水的部位臨時(shí)封堵→搭建作業(yè)平臺(tái)，清理第一道盾尾刷上的手涂油脂、盾尾油脂→自上而下切除第一道盾尾刷→安裝焊接新盾尾刷→重新涂抹手涂油脂→將K 塊調(diào)整至14 點(diǎn)， 使B1～B3 管片處于隧道下方壓住盾尾刷， 安裝470 環(huán)管片→對(duì)第一道空腔注入盾尾油脂，檢查環(huán)向滲漏情況→檢查無(wú)滲漏情況，恢復(fù)推進(jìn)。

4.2 施工操作要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

準(zhǔn)備足夠數(shù)量的盾尾密封刷， 保證更換過(guò)程中盾尾密封刷的供應(yīng)，同時(shí)將應(yīng)急物資放置在盾構(gòu)機(jī)平臺(tái)上，出現(xiàn)緊急情況時(shí)可立即進(jìn)行處理。 應(yīng)急物資見(jiàn)表1。

表1 洞內(nèi)掌子面處應(yīng)急物資表

在更換盾尾刷前召集所有參與施工人員進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底。 對(duì)更換盾尾刷過(guò)程中需要注意的問(wèn)題及可能出現(xiàn)的特殊情況進(jìn)行講解。

4.2.2 地層選擇及盾構(gòu)機(jī)調(diào)試

盾尾密封刷的更換地點(diǎn)應(yīng)選擇在地下水較少且穩(wěn)定的地層。 本次選擇在470 環(huán)進(jìn)行盾尾刷更換施工，所處地層為黏土層及含砂姜黏土層，地質(zhì)情況較好，施工時(shí)要密切關(guān)注地下水量的變化。

盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力控制在0.15～0.22 MPa，保證土倉(cāng)壓力小于注漿壓力，避免土倉(cāng)內(nèi)的水沿盾體外側(cè)流入盾尾。

計(jì)算盾構(gòu)機(jī)油缸頂進(jìn)行程， 此行程處拆除第470 環(huán)管片后，將會(huì)露出第一道盾尾刷及第一道空腔，為盾尾刷提供更換空間，同時(shí)第二道盾尾刷及第二道空腔可正常工作，起到密封盾尾的作用。 管片拆除示意圖如2 所示。

4.2.3 更換流程施工

盾尾刷更換具體操作辦法如下。

1）經(jīng)檢查盾尾刷周邊注漿施工達(dá)到止水效果后，重新緊固第469 環(huán)與第468 環(huán)管片的連接螺栓。 在管片安裝模式下，利用管片安裝機(jī)將470 環(huán)的7 點(diǎn)位K 塊拆除， 觀察該部位盾尾刷情況，如果注漿效果良好，管片拆除后無(wú)滲漏水情況，則繼續(xù)拆除470 環(huán)的下一塊管片并檢查滲漏情況。 管片全部拆除后，安排監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行周邊管片加密監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為1 次/2 h。 拆除順序如圖3 所示。

圖3 管片拆除順序示意圖

2）盾尾處理。 在管片全部拆除完畢后，將B1～B3 管片放置于下部的8 點(diǎn)位、11 點(diǎn)位、5 點(diǎn)位壓住盾構(gòu)機(jī)， 防止在施工過(guò)程中盾尾因重量不均發(fā)生偏移。 優(yōu)先處理上部盾尾刷，待上部清理完畢后，拆除下方管片進(jìn)行清理。

將管片密封刷及溝槽上的油脂、砂漿等清除干凈，搭建作業(yè)平臺(tái)后再開(kāi)始割除盾尾刷。 盾尾刷全部割除完畢后，將疤痕打磨平整，開(kāi)始焊接新的密封刷。 新盾尾刷焊接完成后，在新盾尾刷上重新涂抹手涂油脂。

3）刨除舊盾尾刷前先拆除盾尾刷的壓力傳感器及注漿壓力傳感器，焊接前一定就近做好焊接接地及煙霧收集工作；刨除盾尾刷遵循從上而下原則，打磨平整刷槽，定位盾尾刷，同一道兩盾尾刷間隔不超過(guò)3 mm，不能有錯(cuò)臺(tái)；在盾尾刷全部焊接完成后開(kāi)始盾尾油脂涂抹工作，手涂油脂必須飽滿，油脂塊遵循少油、塊深、塊小，分層壓緊密實(shí)。

4）對(duì)于情況較為良好的盾尾刷，可根據(jù)情況做出不同的處理辦法， 安裝情況較好的盾尾刷可僅做清理處理， 對(duì)于破損、掉落的盾尾刷進(jìn)行更換處理。

更換完成后，在下部盾尾刷下方安裝鋼墊塊，防止拼裝的成環(huán)管片下沉， 第二次470 環(huán)的管片拼裝K 塊點(diǎn)位選在14點(diǎn)，將B1～B3 管片調(diào)整至下部壓住新更換的盾尾刷。

待所有管片安裝完成且管片螺栓上緊后， 開(kāi)始對(duì)盾尾加注油脂，注脂量要達(dá)到填滿溝槽為止[5]。 當(dāng)油脂倉(cāng)油壓達(dá)到日常掘進(jìn)壓力且無(wú)滲漏情況時(shí)， 取出土倉(cāng)內(nèi)水泵， 恢復(fù)正常掘進(jìn)。 正常掘進(jìn)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意同步注漿壓力不得超過(guò)0.3 MPa，以免擊穿盾尾，再次造成盾尾刷損壞。

5 結(jié)語(yǔ)

徐州地鐵6 號(hào)線一期工程市紫區(qū)間洞內(nèi)盾尾刷更換技術(shù)研究，總結(jié)出洞內(nèi)盾尾刷更換的管控核心：選擇適當(dāng)?shù)母鼡Q盾尾刷的地層[6]；沿隧道方向精準(zhǔn)施作止水環(huán)及小注漿，實(shí)現(xiàn)土壓平衡盾構(gòu)洞內(nèi)快速、安全、節(jié)能地進(jìn)行盾尾刷更換，切實(shí)保障施工安全、質(zhì)量，提升了施工效率。 在實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，圓滿完成了洞內(nèi)盾尾刷更換施工任務(wù)，對(duì)類似工程具有很好的技術(shù)指導(dǎo)作用。