泥水平衡盾構施工中的盾尾密封保護技術探討

摘要：在泥水平衡盾構施工過程中，盾尾密封是盾構施工的主要組成部分，必須合理使用和保養維護。文章介紹了盾尾密封在實際施工案例中的使用和保養維護，以防止在盾構掘進過程中出現盾尾刷損壞、盾尾密封失效，從而導致盾構盾尾經常性漏水或漏漿，嚴重時出現涌水、涌砂等現象。

關鍵詞：泥水平衡盾構施工；盾尾密封保護技術；盾尾刷；盾尾油脂；盾構掘進 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2015）31-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.059

1 盾尾密封的組成形式

盾尾密封是盾構施工的主要組成部分，盾尾密封是由三道鋼絲刷、六道彈簧鋼板及密封油脂系統組成。注脂孔數為2倉×4孔=8孔（圖1盾尾密封的組成示意圖）。

鋼絲刷是盾尾密封件的主要部件，是由保護鋼板、不銹鋼鋼絲、隔層網和不銹鋼鋼板組成，當受到管片的壓力后，鋼絲刷和內側鋼板緊貼住管片外壁，通過鋼板及鋼絲的彈力與管片外壁保持密貼，從而實現密封作用（圖1盾尾刷的組成示意圖）。

由于管片與盾尾刷之間會因為盾構掘進產生相對運動，為了保證盾尾刷的鋼絲和鋼板不會因為與管片之間的摩擦力而產生脫落情況，特在兩道盾尾刷之間的油脂倉內充填盾尾油脂，一般充填壓力在15～30bar之間。

2 常見的盾尾密封失效形式與原因

盾尾密封在盾構掘進過程中要做好保護，盾尾密封失效是指密封效果無法滿足使用的要求，導致盾構盾尾經常性漏水或漏漿，嚴重時出現涌水、涌砂等現象。

盾構掘進過程中常見的密封失效形式，主要有以下四種原因：（1）盾尾鋼絲刷彈性失效，無法自行恢復變形；（2）油脂倉內油脂壓力補充不足或油脂倉內有空倉現象；（3）油脂倉內有雜物或充填了水泥漿，導致無法形成密封效果；（4）盾尾刷的鋼絲或保護鋼板脫落，導致耐壓不夠。

造成以上盾尾密封失效主要有以下四種原因：（1）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效；（2）盾尾油脂質量較差，流動性不好，進入油脂倉內不能完全充填滿油脂倉；（3）拼裝管片造成的管片碎塊或盾尾內的泥渣未及時清理干凈，隨盾構掘進而進入油脂倉內，影響了油脂倉的密封效果；（4）同步注漿或管片補漿是壓力控制不當，漿液進入盾尾刷內凝固成塊狀，長期無法清理，導致油脂充填不到位，從而影響密封效果。

3 盾尾密封的管理與控制

保護好盾尾刷是保證盾尾密封的關鍵工作，做好盾尾密封的管理要從設備材料、注入盾尾油脂、盾構機姿態的控制三個主要方面進行完善與控制。

3.1 盾尾密封主要材料設備管理

盾尾密封的主要材料設備是盾尾油脂、盾尾刷及盾尾油脂泵。

盾尾油脂的主要指數要滿足如下條件：抗水性>32kg/cm2，比重1.2～1.4g/cm3，具有防水沖蝕和抗蠕動性，流動性好。盾尾油脂必須有專業生產廠家生產。在使用過程中要做好盾尾油脂的管理，存放時間不宜過長，放置于陰涼處，以防止油脂表面固結。

盾尾刷的質量也相當重要，目前使用的盾尾刷一般要求盾尾刷鋼絲是直徑為0.3～0.4mm的鍍銅鋼絲，前保護鋼板為雙層彈簧板（1.0mm+1.0mm）。

盾尾油脂泵是保證盾尾油脂能夠泵送入油脂倉的壓力來源，油脂泵的工作參數和工作狀態是保證泵送油脂的關鍵所在，根據公司實際使用情況對比，宜選擇泵送流量較大、壓縮比較大的泵，從而提高油脂的注入量和注入壓力，保證油脂的填充效果。

3.2 盾尾油脂注入的管理

盾尾油脂注入管理主要就是保護盾尾刷，減少盾尾漏漿、漏水。盾尾油脂注入的管理主要注意以下五點：（1）正常掘進情況下，應選用自動模式注入油脂，補充油脂艙內的損耗量；（2）停機情況下，手動模式對漏漿位置進行補充油脂，提高盾尾倉內油脂壓力；（3）注入量的控制；（4）注入壓力的控制。壓力不宜過高，如出現盾尾有油脂漏出，應停止壓力較高的空位。具體壓力控制應視切口水壓及注漿壓力而定，注油脂壓力最大不超過40bar；（5）更換油脂時要注意清潔，不可將砂粒等顆粒狀東西掉入油脂桶中。

3.3 盾構機姿態的控制

盾構機的掘進要求應盡量根據設計線路進行，盡量避免線路偏差。但在實際掘進過程中，因地質情況等原因，盾構機的姿態經常會偏離隧道的設計線路，從而會使盾尾間隙過小而造成管片破損的情況的發生。盾尾間隙過小，會導致盾尾刷被過度擠壓，在盾構推進的過程中與管片容易產生相對運動，易導致盾尾密封的彈簧板和鋼絲脫落，使密封失效。管片破損后的碎塊進入管片背面，然后擠壓通過盾尾刷進入油脂倉，阻斷了油脂流動的通道，導致盾尾密封失效。如果盾構機偏離設計線路時，在糾偏過程中不要過急，為保證盾構的鉸接密封、盾尾鋼絲刷密封的良好工作性能，同時也為了保證管片不受損壞，應盡量做好噸位間隙的控制，保持上下左右比較均勻的盾構姿態。

盾尾間隙是管片選擇點位的主要依據，盾構機盾尾標準間隙為75mm，而實際間隙是30mm，因為盾尾處有一高45mm的凸臺，所以在測量噸位間隙的時候，應該確認是量了哪個地方，管片拼裝前測量的位置應該是凸臺面，拼裝后的測量位置是管片拼裝區域，但管片相對盾尾的姿態是統一的，在拼裝好上一環管片后，必須對管片的上、下、左、右四個位置的盾尾間隙進行測量，根據盾尾間隙及隧道線型進行調整盾構機的掘進，保持間隙的合理性。

4 盾尾擁砂的封堵措施

4.1 雙液漿封堵

一般情況下盾尾涌砂的封堵通常采用在管片吊裝孔位置補注雙液漿的方法進行封堵。雙液漿是水泥漿與水玻璃的混合液，按10∶1的比例進行混合，利用水玻璃的速凝催化作用，可以實現控制水泥漿初凝時間在10～13秒的效果，通過水泥漿的速凝作用，達到堵住涌砂通道的作用，從而減少涌砂的風險。

利用補注雙液漿對涌砂位置進行封堵是最有效也是最易實現的方法，但補注雙液漿必須注意以下三點：（1）補注位置的選擇。補注雙液漿的位置要由遠及近，從距離涌砂點較遠的位置開始注入；（2）漿液配比控制。水泥漿與水玻璃的不同配比初凝時間是不同的，根據經驗一般以控制初凝時間在10～13秒為宜，通過實驗水泥漿與水玻璃比例為10∶1；（3）注漿壓力控制。從遠端開始注入時，注漿壓力可以適當提高，但壓力一般不超過6～8bar，以避免擊穿地表。在距離盾尾最近的第三環注漿時，壓力不得大于5bar。

4.2 注聚氨酯封堵

在透水性強的砂層中，通過注雙液漿封堵涌砂通道后，還需補注水溶性聚氨酯，用于封堵地下水，放置因為地下水壓或切口水壓擊穿盾尾密封。

聚氨酯具有良好的親水性，漿液遇水后自行分散、乳化、發泡，立即進行化學反應，形成不透水的彈性膠狀固結體，有良好的止水性能，形成的彈性膠狀體具有如下特點：（1）抗滲性：該材料抗滲性能在680kPa以上，防水效果顯著；（2）抗壓性：在標準砂漿中固結體的抗壓強度一般在4.9～19.6MPa之間；（3）膨脹率大，不收縮，正常與水反應砂漿可以形成10～20倍泡沫體；（4）適應性廣，對各種水質的適應性很強；（5）不易被流動水沖散，隨著流動水流速的增加，其堵水面積會相應擴大。

5 結語

在盾構掘進過程中必須合理使用和保養維護好盾尾密封，以防止盾尾密封失效，從而出現盾構盾尾經常性漏水或漏漿，嚴重時出現涌水、涌砂等現象。

參考文獻

[1] 盾構掘進隧道工程施工及驗收規范[S].

[2] 地下防水工程質量驗收規范（GB 50208-2002）[S].

作者簡介：陳浩（1984-），男，江蘇宿遷人，供職于廣東華隧建設股份有限公司，研究方向：市政工程施工管理。

（責任編輯：黃銀芳）endprint