34--富水砂性土洞內更換盾尾刷施工工法

1、富水砂性土洞內更換盾尾刷施工工法中鐵十七局集團有限公司周明軍 經偉平 范 俊 鄭常文 饒 林 劉浩然1、前言在富水砂性不良地質條件下進行盾構施工，特別是在長距離小半徑曲線掘進時，盾尾間隙單側較小，盾尾刷長期受管片外弧面磨損，對盾尾刷鋼絲磨損極其嚴重，直接影響盾尾密封效果?；蛘呤怯捎诙芪裁芊庥椭幼⒘坎蛔?、盾構機姿態(tài)調整過猛等原因，致使盾尾密封刷損壞，影響到盾尾密封效果，產生同步注漿泄露，從而造成到整個盾構推進施工地面沉降加大。國內針對盾尾密封損壞的情況主要采取管片間隙填塞海綿條等填充物、增加盾尾密封油脂注入量及管片額外加貼防水材料等方法進行臨時處理，此方法并不能從根本上較好的解決盾尾滲漏問題，

2、給施工安全以及施工質量埋下隱患，帶來不良影響。為了不影響盾構機的正常掘進，確保同步注漿量及注漿壓力，控制地表沉降，盾構機洞內更換盾尾刷技術就有了很大的作用。2、工法特點2.0.1根據盾尾密封失效時盾尾滲漏水、漿的位置和滲漏量的大小來確定盾尾刷的損壞部位和損壞情況，從而確定所需更換盾尾刷的數(shù)量及需要的時間，進行合理安排。2.0.2通過對拼裝機、管片尺寸等的計算，確定出更換盾尾刷時千斤頂?shù)耐七M行程，在滿足了拼裝、拆卸管片施工要求的同時，也確保了施工的安全、質量及施工進度。2.0.3在隧道內主要采用加大同步注漿量及盾尾34環(huán)二次注漿，盾構機殼體、盾尾附近注聚氨酯等方法進行地下水封堵隔離及盾構機周圍土

3、層的加固改良，滿足了盾尾刷更換施工時的止水效果和施工安全的要求。2.0.4利用盾尾刷更換施工技術能快速有效地完成盾尾刷更換，很好的解決了盾尾滲漏問題，起到保護道路、管線以及沿線既有構建筑物的作用，減少了盾構施工對環(huán)境的影響。3、適用范圍富水、砂性土、粘性土軟土地層盾構法施工。4、工藝原理更換盾尾刷施工采用洞內直接更換的施工方法，施工經過：盾尾刷更換施工位置選擇的確定；盾構機周圍地下水封堵隔離施工；推進及部分管片安裝；更換盾尾刷施工4個步驟。其中：4.0.1根據盾尾密封失效時盾尾滲漏水、漿的位置和滲漏量的大小來確定盾尾刷的損壞部位和損壞情況，從而確定所需更換盾尾刷的數(shù)量及需要的時間，充分研究此位

4、置需要水文地質情況，制定有針對性的技術措施，盡可能的滿足盾尾刷更換施工的安全要求。4.0.2為了滿足盾尾刷更換施工的要求，通過精心計算與研究盾構機設計圖紙后，在千斤頂行程達到拼裝下一環(huán)管片時，利用下一環(huán)整環(huán)管片的不完全拼裝所提供的施工操作面，對盾尾刷逐步的進行割除更換。4.0.3根據粉砂層的地質情況，有針對性的采取注漿法（水泥-水玻璃雙液漿）進行地下水的封堵隔離，并配合盾構機機殼及盾尾附件注聚氨酯等方法，為盾尾刷的更換施工創(chuàng)造良好的施工條件，同時也為盾尾刷更換施工后盾構機的再次啟動掘進做好了準備工作。4.0.4在確認注漿止水封堵效果后，開始進行盾尾刷的更換施工。5、施工工藝流程及操作要點5.1

5、盾尾刷破損位置及程度檢查根據盾尾密封失效時盾尾滲漏水、漿的位置和滲漏量的大小來確定盾尾刷的損壞部位和損壞情況，從而確定所需更換盾尾刷的數(shù)量及需要的時間，進行合理安排。由于檢修、更換盾尾密封刷存在一定的施工風險，所以施工前務必掌握盾構機所處的位置，結合地質條件，必要時提前進行地面加固后再籌劃檢查、更換盾尾刷；盾尾一共有三道密封刷，第三道(最后一道)密封刷在推進施工中是無法檢修的，中間那道密封刷的檢修風險較高，一般情況下，檢修盾尾密封刷只檢修第一道。5.2盾尾刷更換前施工措施5.2.1糾偏在更換盾尾鋼絲刷前，需要保證盾構機與管片有一個較好的姿態(tài)，保證盾尾與管片四周的間隙均勻。通過45環(huán)左右盾構調整

6、姿態(tài)，管片糾偏使之得以實現(xiàn)。5.2.2盾尾注漿由于盾構機在更換鋼絲刷階段位于軟土層，停機更換盾尾刷階段盾尾密封處于薄弱階段。為了防止露出尾刷后，地下水從盾尾直接進人隧道，影響作業(yè)，所以要進行管片背后注漿，從在停止推進前3-4環(huán)中即加強二次注漿，從每塊管片的注漿孔內進行二次注漿，停止推進后對后5-6環(huán)再次進行二次注漿，注漿配比水:水泥=1:1.2。待水泥注漿6小時后，再注入水溶性聚氨酯止水，注入壓力為0.5Mpa，保證其理想狀態(tài)下的整環(huán)密封，可采取跳環(huán)注漿，穿插進行。為防止盾構機涌水的風險，在停止掘進前采用注發(fā)泡聚氨酯，在盾尾后的一環(huán)管片壓注聚氨酯，形成一道擋水環(huán)箍。表5.2.2 水溶性聚氨酯注

7、漿材料物理性能序號性能單位指標1比重g/cm31.067-1.0882黏度25度,No2/60rpm50-1503與水混合比g/cm31/1-1/124硬化泡沫密度g/cm30.5-15膨脹率倍數(shù)1-126混合時間與80%水混合，秒10-307硬化時間與80%水混合，秒100-1208操作溫度攝氏度10-409PH值5.0-5.5圖5.2.2 盾尾注漿示意圖5.3更換過程施工小松盾構機有三排尾刷，三排尾刷之間形成了2個腔，腔內注滿密封油脂，它的作用是防止同步注入的砂漿與地下水通過盾尾流入隧道。采用在盾尾拼裝五塊臨時管片（K塊不安裝，以方便拆除），將盾構機向前掘進，使盾尾第一道尾刷露出已成環(huán)管片

8、外，逐塊拆除及拼裝臨時管片，然后對第一道尾刷進行全面更換。5.3.1推進盾構機完成當前環(huán)管片掘進后繼續(xù)推進，直至達到盾構機推進千斤頂?shù)淖畲笮谐?150mm。要控制管片與密封刷的相對位置，可以通過控制油缸的行程來間接控制，即油缸行程=第一道密封刷到推進油缸撐靴的距離-管片的寬度+換密封刷的間距。5.3.2安裝臨時管片注漿完成后，停機12h，在第2環(huán)安裝臨時管片五塊（K塊不安裝，以方便拆除），恢復掘進第3環(huán)，直到推進千斤頂伸長到S=1200mm1250mm，使第一排尾刷完全露出第1環(huán)管片外，掘進過程停止盾尾同步注漿，并對盾尾漏水點采用海綿條封堵。5.3.3更換盾尾刷注漿完成后，需對注漿止水效果進行

9、檢查，通過2號、3號管片的注漿孔進行檢查，確定無水后可實施盾尾刷更換。盾尾刷更換施工流程下圖所示。施工準備拆除管片間連接螺栓管片與推進千斤頂固定油缸回縮，拆除管片盾尾刷更換若盾尾漏水可用瞬凝水泥堵水測量定位，加焊盾尾間隙支墊拼裝管片頂推管片滑行，與上一環(huán)距離100mm對孔，穿螺栓頂推，新老管片對接，螺栓緊固推進，鋼條支撐脫出后割除圖5.3.3-1 更換盾尾刷施工流程圖1、在上述的準備工作完畢后，即可進行盾尾密封刷更換。以K塊位于管環(huán)1點為例加以說明，具體更換過程見圖5.3.3-2。圖5.3.3-2是盾尾密封更換以K塊管片位于1點為例進行說明的，實際K塊位置還可能位于2、3、9、10、11點位，

10、K塊管片位于這些點位時，盾尾更換可仿照K塊位于1點時進行。另外，更換順序可以按照K-C-B-A1-A2-A3管片順時針方向進行，也可以按照K-C-A3-A2-A1-B管片逆時針方向進行。管片繞管環(huán)中心旋轉的角度以保證K塊位置為準，本工程中管環(huán)順時針旋轉了720，即K塊盾尾更換前位于1點位置，盾尾更換后位于3點位置，也可根據盾尾刷損壞程度決定更換局部盾尾刷。圖5.3.3-2 盾尾刷更換順序圖2、更換盾尾刷時預留出盾環(huán)向后3環(huán)范圍下半圓2-3個注漿孔，并安裝球閥，備用漏水后注漿或注入聚氨酯。3、暴露盾尾刷，拆除盾尾刷位置的一塊管片即可暴露盾尾刷。清除盾尾刷之間密封槽內的廢油脂與砂漿。4、對盾尾刷進

11、行檢查，對磨損嚴重沒有使用價值的盾尾刷直接割除，并對割除區(qū)域進行磨光處理。耐磨損較輕只是被砂漿固結的盾尾刷進行清理，清理時采用鋼筋鉤梳理盾尾刷，盾尾刷清理要徹底。割除的部分要重新焊接新的盾尾刷，用5mm506焊條對密封盾尾刷進行重新焊接，焊接質量要求相鄰盾尾刷之間的間距不大于3mm。對盾尾刷和盾尾刷之間的密封槽重新涂抹盾尾密封油脂。5、量測盾尾四周間隙并記錄，制做尾盾上加焊盾尾間隙支撐鋼條，鋼條對管片起到支撐作用，避免管片下落到盾殼上，使管片與上一環(huán)保持相同的盾尾間隙，確保新安裝環(huán)與上一環(huán)同心。6、安裝管片，安裝管片遵循從下向上安裝的順序，封頂K塊選擇ll點或l點位置。當整環(huán)拼裝完成后，便向后

12、推移管片。頂推整環(huán)拼裝管片，與上一環(huán)距1OOmm 。在兩環(huán)管片相距10mm時開始穿入螺栓，管片螺栓從已安裝管片穿向新拼管片。當管片到位時，10組千斤頂同時加力，以便兩環(huán)管片接觸緊密，反復緊固整環(huán)所有螺栓。7、管片安裝到位后，要用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密實的盾尾刷凹槽和盾尾刷。8、可設置盾尾油脂泵的工作壓力，達到設定壓力值后方可停止?；謴驼Ｍ七M，焊接的支撐鋼板脫出管片后，進行割除，對盾殼做打磨處理。9、更換中采取土壓保持措施，防止機體重心前移，造成姿態(tài)、間隙、盾尾整圓度發(fā)生變化。6、材料與設備6.0.1進行盾尾刷更換施工主要的施工材料包括：氣割、電焊條、新的盾尾刷、聚氨酯，

13、以及填充盾尾間隙和盾尾刷間的人工手涂盾尾密封油脂等。6.0.2盾尾刷更換施工所使用到的設備主要包括：拼裝機加長臂、螺栓扳手、電焊機、應急注聚氨酯用的注漿泵、及小風機等。采用的機具設備見下表。表6 機具設備表序號設備名稱設備型號單位數(shù)量用途1鉆機臺3開孔2手拉葫蘆st臺2拆卸管片3聚氨酯泵臺2注聚氨酯4注漿泵臺2注漿止水5軸流通風機臺2通風6氣保焊機KR-500S臺2焊接盾尾刷7碳弧氣刨臺2割除廢尾刷7、質量控制7.0.1通過未完全拼裝的管片，將準備更換盾尾刷的范圍空出。已拼裝的管片必須按照規(guī)范要求進行對位，螺栓擰緊等。7.0.2首先將盾尾刷上及其盾尾密封空腔的油脂、砂漿等清除干凈。將盾尾油脂注

14、入口也進行清理，保證油脂管路的暢通。7.0.3縮回底部2個推進千斤頂，開始割除盾尾刷，其它千斤頂繼續(xù)頂緊。露出的盾尾刷割除后，把盾尾刷割除的疤痕打磨干凈，開始焊接新的盾尾刷。焊接完畢，在新的盾尾刷上涂抹盾尾油脂。7.0.4更換完畢后，千斤頂伸出、頂緊。再縮回2個推進千斤頂，重復上述步驟，由底部至頂部的順序更換，直至第一道盾尾刷全部更換完畢。8、安全措施8.0.1設專職安全員和班組兼職安全員在現(xiàn)場24小時蹲點巡視，防止出現(xiàn)突發(fā)情況。8.0.2施工現(xiàn)場按符合防火、防觸電等安全規(guī)定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。8.0.3除儲備的應急材料外，其它材料事先預定采購點、并與材料供應單位簽

15、訂協(xié)議，在盾構機更換盾尾刷期間24小時保持聯(lián)系。注漿設備及打孔設備由專業(yè)施工隊伍提供，在盾構機更換盾尾刷前簽訂協(xié)議，由專業(yè)施工隊伍在搶險過程中承擔注漿等任務，隨時提供搶險服務。9、環(huán)保措施9.0.1增加通風設備，減小有害氣體對人體的損害。9.0.2廢水廢氣除按環(huán)境衛(wèi)生指標進行處理達標外，并按當?shù)丨h(huán)保要求的指定地點排放。棄渣及其它工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。10、效益分析本工法通過對在粉砂地層中更換盾尾刷技術研究與應用，認真總結并分析了該項技術及其所涵蓋的相關內容，將這一技術與工程實施緊密結合在一起，通過施工中采取適當?shù)募夹g措施、合理確定施工參數(shù)，采取有效的施工措施，

16、解決了盾構在長距離全斷面砂層地質中盾尾刷更換難題，從而提高了盾尾的密封性能，保證了盾構推進過程中地面沉降的控制，避免了可能發(fā)生的地面建構筑物沉降變形等事故，提高了盾構施工的安全性，創(chuàng)造了良好的經濟效益與社會效益。11、工程應用實例武漢市軌道交通二號線5標金漢區(qū)間左右線全長2345.846延米，均為單圓盾構隧道。隧道管片外徑6.2m，內徑5.5m，長度1.5m；管片采用全錯縫拼裝形式。金漢區(qū)間地質條件復雜，且盾構機多次經過小半徑曲線，造成盾尾刷磨損嚴重，金漢區(qū)間共進行2次洞內盾尾刷的更換，均取得了很好的效果，為盾構機順利穿越建筑物創(chuàng)造了條件。由于區(qū)間盾構施工穿越地層狀況不良，粉砂層地質對盾尾刷的損壞很嚴重。在此區(qū)間掘進過程中頻繁發(fā)生盾尾漏水、漏漿、甚至漏砂事件。考慮到此區(qū)間段后面還要遇到全斷面的粉土和粉砂地層，漏水、