摘要：复杂地质条件下、长距离掘进对盾构机适应性提出更高的要求，而盾尾刷则是盾构机的安全保障。做好盾尾刷的保护是防止漏浆的关键所在和基本保证。当盾尾刷损坏，出现大范围漏浆时只有更换盾尾刷才能保证盾构施工安全。结合工程实践着重阐述盾尾刷保护措施及应急更换技术。
关键词：盾尾刷；保护；更换
Keyboard：Sealing brush；Protect；Replace
1 概述
1.1工程概况
武汉轨道交通8号线越江隧道全长约3185 m，穿越江面宽度约1500m；隧道最大纵坡27.49‰，最大覆土36.5m；水深最大处可达31.92m，最深处位于水下59.28m；水土压力极限值6.74bar；隧道外径12.1m，采用一台海瑞克Φ12.51m盾构机掘进施工。
1.2盾尾结构
本工程采用的S-978盾构机盾尾设计为四道盾尾刷、一道钢板束、一道止浆板、一道环形冷冻管，最高承压能力8bar。盾尾结构如图1所示：
四道盾尾刷及一道钢板束形成四道注脂腔，掘进时采用四台IST GP0145-200-54注脂泵通过盾尾4×15（共60）个注脂点连续注入密封油脂，防止外部泥浆或砂浆进入盾尾内部。
1.3盾尾刷的重要性
盾尾刷形成的密封注脂腔注满密封油脂后有良好的密封效果，确保泥浆及同步注浆的砂浆无法从管片与盾尾之间的间隙进入盾构机内部。如果盾尾刷损坏，密封油脂无法起到密封作用，导致盾尾漏浆，泥浆、地下水等将涌入隧道，特别是在沙层、淤泥层如果盾尾刷损坏失去了有效的密封作用，则后果将不堪设想。因此，盾尾刷是盾构机的安全保障，避免出现漏浆是盾构掘进中的重要任务，而做好盾尾刷的保护又是防止漏浆的关键所在和基本保证。
2 盾尾刷保护措施
2.1组装阶段
盾尾刷在盾尾调圆、焊接完成后安装。安装时注意保护盾尾，严禁碎石、泥沙、铁屑等进入盾尾刷；禁止重物挤压，降低盾尾弹性；前三道盾尾刷连接螺栓逐一复紧后做标记，防止遗漏，螺栓松动造成盾尾刷脱落；最一道盾尾刷焊接时注意电弧范围，防止损坏盾尾刷钢丝。
盾尾安装完成后，对每道钢丝刷手涂WR90盾尾油脂，盾尾刷内部钢丝上及盾尾刷与盾尾夹角内均应涂满油脂，防止地下水、泥浆、砂浆流入，同时可以防止盾尾刷锈蚀。盾尾刷涂抹油脂后应注意防火。盾尾刷油脂涂抹见图2：
2.2始发阶段
盾构始发阶段，特别是空拼负9换、负8环、负7环时，在盾尾刷至推进油缸处焊接4根导轨，防止管片成环后向后移动式损坏盾尾刷。负9环后移时注意移动距离，管片前端面应在盾尾刷前方，防止拼装负8环时夹住盾尾刷。同时后移负8环、负9环时同样需注意此问题。
拼装负9环前，盾尾内部焊接的4根导轨，应只焊接负9环、负8环、负7环后移至反力架时仍能露出的部分，防止导轨无法拆除。同时应保证导轨焊接强度，防止后移管片时受摩擦力作用脱落，进入盾尾刷内部，损坏盾尾刷。
2.3掘进阶段
2.3.1 盾构机姿态
盾构机姿态纠偏量过大时，会致使盾尾间隙不均匀，间隙大的一侧容易漏浆，间隙过小则容易挤坏盾尾刷。盾尾间隙变化较快，盾尾油脂不能及时充满油脂腔，很容易使泥浆、砂浆窜入形成硬块从而造成对盾尾刷的损坏。
因此，盾构机姿态的调整，应尽量减小纠偏量，缓慢纠偏，测量各点位的盾尾间隙，推测管片与盾构机的相对位置用以调整纠偏方式，尽最大可能使盾尾间隙均匀一致。
2.3.2 管片拼装
拼装人员对管片拼装不熟练，会造成管片错台严重。纵缝错台产生后，使得盾尾刷无法紧密包裹在整环管片，很容易形成浆液渗漏通道；环缝错台会产生较大摩擦阻力，加速盾尾刷磨损。管片拼装后应为圆形，如果将管片拼装成椭圆形，会使管片和盾尾部分地方间隙过大造成漏浆。拼装管片推进油缸压力过大，会顶裂管片或管片破碎，混凝土碎块进入盾尾刷，造成盾尾刷损坏。
因此，应提高拼装人员的技术水平，要求管片拼装成圆形，以减少椭圆或错台现象。每次拼装前，应清除盾尾渣土，避免渣土进入盾尾刷，同时避免错台现象。
2.3.3 同步注浆
注浆人员操作失当或砂浆配比不合理，注浆压力设定过高，砂浆注入量过多，压力传感器处有砂浆凝固等原因，造成浆液压力高于盾尾刷和油脂的耐压能力，击穿盾尾刷而造成窜浆，从而对盾尾刷造成破坏。
因此，在施工中必须严格控制砂浆的配比，进行试验和现场抽检，确保注浆压力的合理性，当注浆压力剧增时应立即停止注浆，查明原因。
2.3.4 盾尾油脂注入量
盾构机掘进过程中，盾尾刷与管片的摩擦所消耗的油脂量与掘进速度成正比，速度加快时注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量，若不及时调整油脂注入量，盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不足以密封盾尾时，势必造成尾刷的密封效果减弱，形成盾尾渗漏造成对尾刷的破坏。
因此，应采用优质盾尾油脂，提高其耐压能力；采用合理的油脂注入的压力值，关注每环的总注入量；必要时进行油脂的补注。特别是长时间停机时，根据油脂压力，间隔一定时间就要注入油脂。
2.3.5 其他情况
⑴管片拼装过程中，严禁收回过多数量的推进油缸，最多同时收回4组推进油缸。每块管片拼装完成后应立即伸出推进油缸，避免盾构机后退，使盾尾刷翻转，造成损坏。
⑵发现漏浆点时，必须在漏浆处局部注入油脂。当发生严重渗漏或窜浆现象时，应采用盾尾全腔注脂处理，以确保油脂腔内有足够的油脂量和压力。如有必要则在管片与盾尾间塞住棉被再注入油脂。
3 盾尾刷应急更换技术
3.1准备工作
3.1.1 停机准备
停机前推进过程中适当减少前两道油脂腔的油脂注入量，便于管片拆除后清理油脂；后两道油脂腔的油脂注入量适当增加，确保密封效果。
更换盾尾刷时选择合适的停机位置，停机前对开挖舱进行泥浆置换，采用比重为1.1-1.15，粘度为20-25S的稀泥浆进行大循环浆液置换，使浆液在地层中形成较厚的泥膜渗透带。然后采用比重为1.15-1.2，粘度为25-30S的泥浆再进行大循环浆液置换，使浆液在开挖面表面进一步形成较厚的致密泥膜。
尽量选择新延长泥浆管后停机，以保证突发事故或恢复掘进时能快速推进较长距离。盾构机停机后，用80mm厚钢板加工三角挡块，焊接在4#台车两侧的轮对后方的仰拱块上，防止盾构机推进油缸收回后盾构机后退。
3.1.2 工具、物资准备
盾尾刷更换前所需工具、物资必须到位，运至指定位置，这是保证施工正常作业及施工安全的基础。详细清单见表1：
3.1.3 人员准备
操作熟练的拼装班组拆除管片，并存放在喂片机上。管片拆除后掘进工班应立即组织人员，快速清理油脂，同时注意防火。机修工班选拔技术水平高的机修工进行盾尾刷拆除、安装。拆除过程中注意保护盾尾刷安装螺栓，安装过程中注意保护新盾尾刷。人员分工及职责见表2：
3.2更换作业
3.2.1 盾尾冷冻
拆除管片之前，通过盾尾预埋的DN40mm管道往盾尾尾部环形冷冻管循环注入液态氨，利用循环液态氨的冷冻作用，使盾尾尾部的泥浆、砂浆等冷冻成密实体，能起到很好的密封作用，从而阻止前方压力水涌进盾尾。盾尾内部冷冻管示意图及环形冷冻管示意图见图3：
3.2.2 管片拆除与安装
管片的拆除顺序如图4左图所示，二次安装顺序4右图所示。首先拆除K块，更换K块位置盾尾刷；然后拆除SL1，更换SL1位置的盾尾刷后，将SL1拼装在原K块位置；然后依次拆除安装SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SL2；最后安装K块。
⑴选择合适的停机位置，安装最后一环用于管片。为防止盾构机受掌子面压力后退，只能一次拆除一块管片，完成盾尾刷更换后，立即安装管片，推进油缸伸出。该环管片需要拆除，盾尾刷更换完成后改变点位重新安装，且成环时只能最后安装封顶块，因此采用通缝拼装，管片安装后示意图见图5。
⑷盾尾刷更换完成后，选择合适的点位，依次将钢管片替换为混凝土管片，如图8所示。每次拆除的钢管片满足安装一块混凝土管片即可，严禁一次拆除过多的钢管片，造成推力不足，盾构机后退。
更换盾尾刷应做好以下保障措施：
⑴开始拆除钢管片进行更换盾尾刷，必须经项目经理、总工程师许可后进行；
⑵更换盾尾刷作业的一切准备工作必须提前做好充分准备；
⑶更换盾尾刷时要先观察已拆卸钢管片背后的稳定情况，如有渗漏，必须先进行堵漏，经判断稳定后，再进入作业；
⑷在作业过程中必须由专人负责已拆卸钢管片背后情况的观察，一旦发现异常立即撤出施工人员，派专人进行封堵，视情况把已拆卸的管片再拼装复位，降低风险；
⑸做好作业组织，确保施工的有序、连续，尽快完成施工。
3.2.4 应急措施
盾尾刷更换过程中如发生轻微渗漏，应在渗漏点附近后两道盾尾刷处手动注入盾尾油脂；渗漏量稍大时应在管片与盾尾之间塞棉被后再注入油脂；注入盾尾油脂无效时，应通过第三道与第四道盾尾刷之间的聚氨酯注入管注入聚氨酯进行堵漏；发生大范围泄露时应立即启动应急求援预案。
参阅文献：
[1]李东升.关于泥水平衡盾构机盾尾保护的控制技术[J].铁道建筑技术，2009，（04）：53-56。
[2]刘利君.长距离盾构隧道盾尾刷的保护[J].山西建筑，2012，（13）：232-233。
[3]陈成，杨平，张婷，史志铭.高承压含水层中更换盾尾刷长距离液氮冻结技术[J].施工技术，2011，（07）：74-77。
[4]王亚丽.盾构机盾尾刷更换施工技术[J].科技资讯，2015，（05）：67-68。
论文作者:徐慧旺
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/4
标签：管片论文; 盾构论文; 油脂论文; 砂浆论文; 泥浆论文; 压力论文; 浆液论文; 《基层建设》2017年第24期论文;