摘要：盾尾密封系统是保障盾构隧道施工安全的生命线，一旦盾尾密封失效，轻则渗水漏浆、重则涌水涌泥、在长距离海底隧道施工中，盾尾密封失效这种风险是不可被接受。本文以某盾构法海底排水隧洞成功更换盾尾刷为例，结合长距离海底隧道施工的特点与风险。得出以下结论：1.海底长距离盾构隧道的盾尾刷选型时，需考虑海水腐蚀的工况，并在最后一道尾刷采用钢板刷，起到隔离泥沙的作用。。2.全部4道盾尾刷成功更换实施，提供了可供借鉴的参考。3.管片脱出盾尾后的注浆固结措施，有效控制管片的变形，保障对接后管片质量满足设计要求。
关键词：海底隧洞盾尾刷更换管片壁后固结
0引言
盾尾刷是盾构机上环状设置于盾尾的多道钢丝刷组成盾尾密封系统，其最关键的作用是保障盾构机与周边土体密封隔离的一道重要的安全措施。
盾构机掘进过程中由于隧洞设计线路本身的小转弯半径、大纵坡、长距离掘进。施工过程中的盾尾油脂注入不足、、海水腐蚀、大幅度姿态调整、管片上浮、同步注浆压力过大等多种因素存在。在多种因素共同作用下易导致的盾尾刷损伤盾尾密封失效的现象出现。盾尾密封系统失效意味着周边土体、泥浆可以通过盾尾渗入隧道，轻则表现渗水渗浆、重则表现涌水涌砂，持续渗涌而不能及时处置可能导致造成不可估量的损失。
1.工程概况
某核电厂排水隧洞采用泥水盾构施工，隧洞位于海底约32m，盾构段全长2774m，为灯泡型平面线型布置。最高水压压力4.5bar，地质条件复杂，根据勘探资料，盾构在海底穿越不同地层多达的30余次。包含软硬不均、全断面硬岩、软土、孤石、基岩凸起。盾构机将在已完成的矿山法段空推至掌子面后开始正式掘进。
本工程采用通用楔形砼管片，管片环宽1.2m，厚度35cm，双面楔形量50mm。每环管片由6块组成。、
本工程所用盾构机设计有4道盾尾刷形成3个油腔，单腔可抵抗3bar的外界压力，尾刷钢丝表面镀镍处理。
在盾构组装阶段，现场检查时发现部分尾刷因海水腐蚀出现了断丝的现象，可直接用手拔断，由于空推初始阶段盾尾油脂未及时注入。综合多种因素，计划在空推至第30环时进行全部四道盾尾刷更换。
2.盾尾刷更换技术方案
2.1盾尾刷失效机理
盾尾密封系统由盾尾刷与油脂腔组成，盾尾刷由钢板与细密的钢丝刷组成，油脂腔内设置有油脂孔通过盾尾油脂管往油脂腔注满油脂。油脂腔填满油脂后与盾尾钢丝刷通过作用形成盾尾密封系统，起到与外界地层相隔离的作用。
单个油脂腔在盾尾刷正常的状态下填满油脂能抵御约3bar 的压力。盾尾油脂随着掘进会粘黏在刚拼装的管片上，避免管片及盾尾刷的损伤，所以在掘进时同步补充盾尾油脂。未及时注入油脂，盾尾密封的密封能力大幅度降低，盾尾刷被击穿。泥浆、砂土渗入盾尾密封导致盾尾密封完全失效。
掘进阶段小半径转弯、盾构大幅度纠偏等工况下将单边盾尾间隙较小，管片会单边挤压盾尾刷，管片会硬压着盾尾刷强行脱出盾尾。多次硬压后将导致盾尾刷钢板不能回弹，盾尾油脂通过无法回弹形成空隙窜腔使局部区域盾尾密封能力下降。这部分区域在后续的掘进中先行被击穿，泥浆砂土渗入盾尾腔内，逐步导致大部分盾尾刷失效。
2.2盾构更换方案。
2.2.1作业流程安排
2.2.2施工准备阶段
2.2.2.1上部管片拉紧
盾尾刷更换为防止管片环缝由于失去千斤顶的挤压力而张开，在管片上半圆设置5道管片拉紧装置。管片拉紧的范围为22环-30环，在纵向螺栓上安装拉耳，采用12#槽钢与拉耳焊接将前后8环管片连接在一起。
2.2.2.2推杆加工
本盾构机推进油缸行程长2.2m，盾尾长约3.7m，更换最后一道尾刷需要将管片推至盾尾外50cm以上，则设计撑杆长度为2m。根据盾构机空推阶段以底部千斤顶推进为主的工况，使用3根撑杆安装在下半部的7#、8#、9#油缸位置，油缸撑杆采用三拼I20A工字钢焊接加工。
2.2.2.3管片壁后回填固结
管片脱出盾尾前对已拼装成环的管片开孔检查豆粒石回填情况，需确保已拼装完成的管片豆粒石填充超过管片中线以上位置。不足位置补充豆粒石用干喷机从注浆孔注入。
2.2.3管片脱出盾尾
2.2.3.1管片推出
管片推出盾尾作业分为两步进行
第一步：将第30环管片推离盾尾，当管片注浆孔脱出最后一道尾刷暂停推进。打开管片下部注浆孔注入豆砾石及注浆固结，注浆使用水泥—水玻璃双液浆，双液浆凝结时间控制在10S左右；注浆完成后对重新洗孔再在注浆孔内插入32mm螺纹钢后用顶杆压紧。
第二步：、将第30环管片推出至距盾尾约50cm，检查管片壁后注浆情况，同步对第30环管片设点监测观侧管片变形情况。然后在脱出的管片底部5-7点位置垫入钢楔块加强管片的支撑，管片加固完成后松开推进油缸，拆除撑杆，管片脱出盾尾作业完成。
2.2.4盾尾刷拆除更换
管片脱出盾尾后，检查发现下部盾尾刷锈蚀严重，，底部多数盾尾刷被压弯无法回弹。考虑到盾构的海底施工工况，计划更换为3道钢丝刷+1道钢板刷的盾尾密封结构。
（1）清理油脂腔
管片推出盾尾刷后，开始进行清理工作，将油脂腔内附着的砂浆、油脂等杂物清理干净。同时检查确认油脂注入孔是否畅通。
（2）割除旧盾尾刷
采用气刨将盾尾刷刨除。刨除前用石棉布将设备重要部件进行遮盖，避免焊渣损坏设备。刨除完成后将盾尾刷位置清理干净进行打磨。
（3）焊接新钢板/丝刷
打磨完成后开始焊接新钢板/丝刷，顺序由前至后完成4道盾尾刷的焊接，每道盾尾刷焊接后，覆盖篷布防止渗水侵蚀。全部完成后采用手涂油脂涂抹盾尾刷。
2.2.5盾尾内管片安装。
盾尾刷更换完成后，在盾尾内完成第31、32环的拼装作业，然后将这两环推出与第30环对接。
拼装第31环管片前，在盾尾下半部焊接长一组4根长度2m、厚度70mm的槽钢，拼装下半部管片时落在槽钢上。拼装上半部管片时，每拼装一块管片，用加工好的L形状钢板焊接在盾尾上，固定上部管片。拼装完成31环后将管片缓慢推出后采取一样的步骤完成第32环管片。
第31环拼装时需要对第一块管片进行精确定位，管片定位以管片上的纵向螺栓箭头标识做为基准点，进行测量定位。将第30环管片油缸相对应的纵向螺栓孔座标为基准，安装第31环时，逐块调整管片孔位使与第30环螺栓孔基准位置相对应，拼装时逐块调整使第31环孔位对应第30环基准面。
2.2.6管片壁后回填固结
对已完成的管片进行壁后回填固结，在脱出的第30环管片四周砌筑一道240mm的砖墙作为止浆挡墙。砌筑时，分别在上半部预留4个孔位不进行砌筑，用于观察后续注浆情况，回填可采取砂浆、水泥浆。
2.2.7管片对接
第31环管片拼装定位后高程无法调整，虽然拼装后经测量确认孔位差异不大，为防止管片在推出盾尾的过程中出现的偏转，在盾尾与第30环管片之间安装了5个管片防扭转引导块，每个引导块采用钢筋锚固在洞壁上。第31环管片推出盾尾后，安装引导卡板。将管片缓慢推向引导块，使卡板在引导块轨迹上前行。在管片贴紧前拆除引导卡板，完成对接。
现场对接后有局部出现不足20mm的错台，管片16个孔位，13个孔位完成M30螺栓安装，3个孔位使用M22螺栓安装。
2.2.7恢复掘进
管片对接完成后，盾构恢复空推掘进，正式掘进后后在更换尾刷区域内的进行二次注浆固结，监测显示更换区域管片无异常变形，错台未超过20mm，满足验收要求。
3、结语
（1）海底长距离盾构隧道的盾尾刷选型时，需考虑海水腐蚀的工况，并在最后一道尾刷采用钢板刷，起到隔离泥沙的作用。
（2）通常盾尾刷更换作业只更换前两道，实际上在最后一道盾尾刷已被击穿的情况下，渗流通道已经形成，新更换的盾尾刷，在一定时间内也将被击穿。本文为全部盾尾刷更换提供了可供借鉴的参考。
（3）本文管片脱出盾尾后的管片注浆固定措施，有效控制管片的变形，保障对接后管片质量满足设计要求。
论文作者:龙昊,郭县华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：管片论文; 盾构论文; 油脂论文; 隧洞论文; 注浆论文; 钢板论文; 螺栓论文; 《基层建设》2018年第21期论文;