徐大伟
上海市基础工程集团有限公司 上海市杨浦区 200433
摘要：江苏大唐吕四港发电厂一期取排水工程盾构施工掘进距离达到2455米，并且盾构掘进处于全断面砂性土中，施工海域存在较大的海水压力，在这种情况下，长期的高压高扰动高腐蚀作用下的盾构机身各部件，特别是盾尾刷，都会因磨损而失效。因此盾尾止水，是决定本工程盾构施工成败的最为关键的因素，为此通过从盾尾油脂的选择、盾尾注浆的控制、盾尾刷的增加等方面进行改进，进一步扩宽了长距离盾构盾尾止水的实践经验和思路，确保了工程的顺利完成。
关键词：长距离盾构掘进、盾尾止水、双液浆，月亮板
一、工程概况
江苏大唐吕四港发电厂一期工程厂址位于江苏省南通市吕四港镇东部，为电厂循环水取水工程，盾构施工内容主要有二根内径为4840mm的盾构法隧道进水管，单根长度约2455米。在盾构掘进中，盾尾止水在施工过程中出现较多问题，严重影响工程进度。为此，根据实际情况制定合理的止水方案，从而扩宽长距离盾构盾尾止水的实践经验和思路，以确保盾构掘进工程的顺利完成。
二、地质情况分析
本工程盾构机是气压平衡盾构机，采用气压结合水利机械冲泥出土的施工工艺，核心在于在机头部建立气压平衡，从而起到止水、挡土、地层加固的效果。根据地质资料预计盾构机始终处在③粉砂层中掘进，上层覆土为②粉质粘土夹粉土，透气较小，粘聚力大，能把气体控制在盾构机的前方，可获得较好的压气效果。
而在第二份地质资料中，盾构机实际主要在②粉质粘土夹粉土中掘进，上下两层覆土为粉砂层，透气性较大，粘聚力小，因此压入土体内的气体易向盾构上方更为松散的土体扩散，无法将气压保持在盾构机前方的土体，加之海潮扰动的影响，从而造成盾构机前方土体发生坍塌，进而发生涌水，使得盾构机必须关闭进土闸门进行闷顶。但是闷顶后施工顶力极大，掘进速度缓慢。掘进速度缓慢直接导致盾尾刷的磨损时间加长，加剧了它的损坏，致使掘进后期盾尾漏水时常发生，严重影响盾构掘进速度。
三、盾尾止水的技术措施
1、常规盾尾止水
在盾构掘进过程中，为了防止外部海水和泥沙等进入盾构内增大盾尾空隙间隙，需要对盾尾和管片间进行密封处理。盾尾的间隙大小，直接影响到作用在管片上的垂直底层压力的大小。常规的盾尾止水本工程主要是依靠注入盾尾油脂和同步注浆两个措施。盾构机设计的盾尾密封一方面靠装在盾尾内壁的三道钢丝刷密封，另一方面靠充满整个空隙中的油脂建立起压力进行密封，同时注入的油脂也起到润滑和保护钢丝刷的作用。影响盾尾密封油脂消耗量的主要因素包括：混凝土管片外表面的光滑度、管片与管片间间隙的体积大小、管片的直线度、掘进曲线、其它因素（人为以及设备等）。同步注浆作为盾构施工中重要的施工措施，合理控制将会大大降低施工成本，提高施工效能，特别是在长距离长期的盾构施工情况下，这一作用就显得尤为重要。同步注浆是用不间断的加压，使注浆材料在充入盾尾空隙后，在达到土体相同强度前，能保持一定的压力和土体相当，从而使地面沉降控制在最小范围内。对于大直径的隧道来说，选择合适的注浆参数对于控制地表沉降至关重要，因此在多次的试验和实践后，工程最终选定了一套适合实际的注浆参数。
2、前期抢险止水
取水盾构在后阶段1000米施工开始，因为盾构机机身变形失圆，造成了盾构上下方局部与管片的间隙增大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆且由于长期受磨损挤压，盾尾刷逐渐失去原有的弹性，无法完全封闭甚至局部出现脱落，造成盾尾油脂和盾尾刷无法有效建立起空隙压力，密封性大大降低，无法阻挡住外部泥沙及水压的冲刷，使海水从盾尾空隙里流出，致使漏水险情频频发生。经过综合考虑以及实际试验，尝试在盾尾处漏点塞入精回丝、棉被后，打入木楔固定，基本就能止住漏点。同时为确保堵漏一般随后再注入油性聚氨脂，通过发泡剂迅速堵住间隙。这样操作多次之后，考虑到盾尾已发生局部的损坏，形成了空隙，为保证施工安全，在每次拼装管片前先垫下长条形海绵，以填补形成的空隙，这样在盾构掘进时就不会形成大面积渗漏。在经过多次的抢险后，盾构注浆使用了双液固结浆，由水泥、优质膨润土、水玻璃和其他外加剂加水搅拌而成。根据现场实际情况经过多次试验，把双液浆产生稠度的时间定在30秒左右。盾尾刷的严重损坏使得盾尾油脂无法有效填补盾尾间隙，因此需要每环拼装后压注双液固结浆，以保证盾构后阶段施工的安全。
3、中期抢险止水
随着盾构掘进的进行，盾尾受损情况的逐步严重，空隙逐步增大，一次漏水位置逐步增多，木楔、海绵等都被巨大的水压给顶了出来，致使无法堵住漏点，即使注入油性聚氨脂、双液固结浆也因为无法迅速固结而被冲出。为此，在经过几次的尝试，决定使用模板按照盾构机千斤顶分布弧度制作月亮板，利用千斤顶的巨大顶力顶住月亮板将填塞物（海绵、棉被等）塞入盾尾空隙，直至将一圈管片全部封住。随后，注入油性聚氨脂和双液固结浆填充其他的空隙，最终止住漏点。具体抢险止水施工步骤：（1）在盾构机开始掘进前，先用月亮板将盾尾位置一圈全部密封，并用千斤顶压住后才能开始掘进；（2）在掘进过程中，如发现盾尾有些微漏水，需压入双液固结浆，直至不漏为止才可恢复掘进；（3）掘进到位后，开始压住双液固结浆；（4）压完浆液后，按照管片拼装顺序，卸下月亮板，交错垫上海绵两道后安装管片。这种方法在一段时间内对止水起到了很好的作用。
4、后期抢险止水
在盾构掘进施工进入到后期，由于盾构机在地下施工时间较长，原先设计使用的盾尾刷磨损严重，已不足以是盾构施工使盾构施工安全顺利的完成，研究人员会同盾构机制造厂商共同就增加盾尾刷的方案进行了研究和确定，并加工了一套盾尾刷。具体步骤是：双液注浆固结盾构机头部→盾构机推进450mm→安装临时支撑并于临时支撑后安装月亮板→盾构推进1000mm→双液固结浆填充盾尾空隙→拆除B2管片位置临时支撑→安装新盾尾刷→涂油脂→安装B2管片→依次在下一片管片施工。在注浆时要求在目前管片从前往后数的第二环开始，连续五环，从每块管片的注浆孔内注入双液浆。盾尾刷增加位置为第三道盾尾刷后，并且需要留出管片安装的空间。考虑到安装盾尾刷时电焊空间的足够需要，故千斤顶需要顶进1450mm的长度。这样也是考虑到盾构机盾尾部分壳体较薄（12mm），保证有一环管片与盾构机壳体40mm厚钢板区域有10mm的搭接，将管片的承重力分解到了整个盾构机机体。但由于千斤顶行程较短，故需安装临时支撑，临时支撑固定在千斤顶油泵与管片的中间。在设定位置焊接新的尾刷。尾刷四周满焊。焊完之后，对新更换的尾刷涂抹专用油脂。随后即安装管片。由于是增加的一道盾尾刷，管片与盾尾的间隙没有预留的盾尾刷间隙这么大，因此增加的盾尾刷尺寸较小。
四、结论
在最后180多天的盾构掘进中，工地历经大小抢险23次之多，在通过项目部人员的不断研究和尝试，通过现场取材，因地制宜，总结出了一套简单而实用的抢险办法，每一次的险情都得了成功的控制，为盾构掘进水平段顺利完成提供了保障。并且在施工中充分认识到：
（1）不同土体中掘进的盾构，应该使用适合的盾尾油脂，才能使盾尾密封的效果更好，降低工程成本。
（2）在高水头压力的海底隧道施工中，发生盾尾漏水时，首要工序是止住漏点，再注入聚氨脂等进行堵漏。
（3）长距离盾构可以将增加盾尾刷作为一种施工措施，与同步注浆相比，增加盾尾刷增加了盾构施工的效能，降低了施工成本。
论文作者:徐大伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/3
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