淺談盾構施工中盾尾密封裝置

劉濤

摘要：盾構施工法中，盾尾密封系統是實現盾構正常掘進的一個關鍵系統，本文結合實際施工情況，介紹盾構機盾尾密封裝置受損的常見原因及防治措施。

關鍵詞：盾構施工;盾尾刷;防治措施

1 盾尾刷構造

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，保證盾構施工安全正常進行。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機。配備有盾尾刷注脂裝置，推進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 ?盾構機盾尾密封刷構造圖

2、廣州地鐵十三號線施工九標32#風井～31#吊出井區間盾尾刷使用情況

本區間采用的是日本三菱土壓平衡盾構機，隧道總長460.539延米，從施工過程中以及盾構機出洞情況來看，盾尾刷在使用過程中未達到理想結果，盾構掘進第40環左右時，出現了盾尾漏漿現象，地面沉降速率、累計沉降值超限，嚴重影響了工程質量、進度、安全，同時也存在很大的施工風險。盾構機出洞后，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】土建工程新塘站～官湖站區間位于增城市新塘鎮北廣深鐵路旁。本工程投入兩臺三菱盾構機（Φ6260 EPB）先從32#風井往新塘站方向始發，左、右線分別掘進至31#盾構井及新塘站吊出，轉場回到32#風井二次始發，向官湖站掘進，最后官湖站吊出，左右線隧道總長5089.526延米。

2.2地質概況

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

3盾構機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

本區間使用的盾尾刷制造短邊（內）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，從而導致盾構機出洞，盾尾鋼絲刷脆斷脫落現象。如圖5所示。

圖5 盾構機盾尾密封刷

3.2 盾構機始發前盾尾刷的油脂涂抹不足

盾構機始發前要在盾尾刷鋼絲內涂抹盾尾油脂，涂抹標準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，嚴重時漏漿。每臺盾構機一般至少要涂抹盾尾油脂2桶左右。本區間盾構始發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，后經始發前條件驗收，要求進行補涂，第二次補涂效果稍好。

3.3盾尾密封油脂質量影響

盾尾密封油脂的質量不好，對盾尾鋼絲刷起不到保護的作用，或因油脂中含有雜質堵塞泵，使油脂壓注量達不到要求。本區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

本區間盾構掘進至第40～50環時出現盾尾漏漿，掘進至100環左右時出現嚴重漏漿，前期盾尾油脂注入每5～6環注入一桶，后期每2環注入一桶，注入盾尾油脂達不到密封效果，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 盾構機姿態影響

本區間盾構機始發“栽頭”，第13環管片人工復測姿態最大垂直姿態：-247、水平姿態：-111，導向系統顯示垂直姿態（前/中/后）：-213/-260/-227、水平姿態：-73/-105/-99，負3環至25環，盾構機姿態糾偏至盾構掘進姿態控制值范圍（±50mm）;盾構掘進過程中，盾構機掘進姿態控制較差，水平姿態超限（范圍+62mm～ -76mm）、垂直姿態超限（范圍-95mm～+103mm），姿態超限率約31%，因此盾構機頻繁的糾偏，使隧道姿態呈蛇形趨勢，造成盾尾刷受損。

3.6管片拼裝質量影響

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，采取千斤頂強項頂進，使得相鄰管片外壁處局部頂裂或破碎，從而帶進盾尾艙，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生塑性變形而失去彈性，密封性能下降，在壓力作用下導致漿液滲漏。

3.6.3管片拼裝，千斤頂伸縮導致盾構機后退，造成盾尾刷與管片間發生刷毛方向相反的運動，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，本區間盾構掘進下穿荔新橋，因荔新橋路面行駛車輛較多交通繁忙，為更好的控制盾構機下穿時橋面的沉降，調整土壓為不低于2bar;盾構掘進至明挖區間時覆土較淺，最低覆土不足6米，盾構掘進設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，盾構掘進至明挖臨時板房時，因土壓設定較高（1.6～1.8bar）導致地面冒漿;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，本區間注漿壓力為0.3～0.48Mpa。本區間三菱土壓平衡盾構機壁后注漿方式采用通過管片注漿孔進行注漿，屬于及時注漿，從倒數第3環開始注漿，盾構掘進下一環行程700～800mm時開始注漿，因此較盾殼內預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預防措施及治理方法

盾尾刷保護措施

為避免滲漏的發生，保證盾構正常安全掘進，在施工過程中必須采取措施保護好盾尾密封。

4.1改進盾尾刷質量

根據隧道施工的特點，改進盾尾刷樣式，加強盾尾刷的承壓能力，根據盾尾間隙和管片外輪廓形狀，調整保護板、壓緊板和鋼絲長度，本工程下個區間盾尾刷進行了改造，切除了內側彈簧保護鋼板，加密加長了鋼絲刷，如圖9所示。經推測分析，改進后的盾尾刷內側彈簧保護鋼板切除較短，彈簧保護鋼板彈性減小，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，后續施工得以驗證此改進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 保證盾構始發前第一次油脂的涂抹質量

采用優質的盾尾油脂，要求有足夠的粘度、流動性、潤滑性、密封性能。盾構始發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 嚴格控制盾構機姿態

盾構掘進過程中，嚴格控制，在盾構機的姿態調整過程中，應盡量減小糾偏量，同時積極測量各點位的盾尾間隙，推測管片與盾構機的相對位置用以調整糾偏方式，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起到相當重要的作用。

4.3 保證管片拼裝質量

施工中必須加強對管片的選型和拼裝管理，加強拼裝施工培訓，提高拼裝人員的技術水平，要求管片拼成標準圓形，減少橢圓和錯臺等現象。嚴格控制管片組裝時的千斤頂伸縮量，避免盾構產生后退。

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，施工中必須嚴格控制漿液的配比，經常進行試驗和現場抽檢，確保注漿壓力的合理，確保其凝固時間為10～15s，經常檢查壓力傳感器，另在注漿壓力劇增時應立即停止注漿，查明原因或者更換孔位后再進行注漿。

4.6特殊情況下對盾尾刷的保護

1）長時間停機時，要間隔一定時間就要注入油脂。

2）停機時靠近盾尾處進行二次注漿或聚氨脂時，要結合注入壓力及油脂倉內壓力合理選擇是否補注油脂，以防止其進入油脂倉內，從而保護盾尾刷。

3）當發生漏漿后必須進行漏漿處局部打油脂，如同步注漿漿液漏漿，則最好進行局部注脂。并在隨后的推進時適當的提高油脂注入量直到穩定。

4）當發生嚴重滲漏或竄漿現象時，采用盾尾全艙注脂處理的方法，以確保油脂艙內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行注脂。堵住后在推進50mm以內專門停機進行注脂以鞏固效果。

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，但風險比較大。

5結束語

盾構機盾尾刷的保護涉及到盾構施工的注漿壓力、注漿量、盾構機的掘進姿態、地質狀況、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，保證工程的施工進度和施工質量。

參考文獻：

[1]竺維彬等.復合地層中的盾構施工技術[M].北京：中國科學技術出版社，2006.

[2]周文波.編著盾構法隧道施工技術及應用，2004，11.