盾构掘进施工中盾构机盾尾密封更换关键技术研究

发布时间：2022-06-10

杜建华，彭彦彬，杜立峰，屈彦玲

摘　要：土压平衡式盾构机盾尾密封是保证盾构机与地下水隔离的一道非常重要的安全屏障。文章结合广州地铁三号线珠江新城站---客村站区间盾构机穿越珠江的实际情况，对盾构机洞内盾尾密封刷的更换进行了全面的技术总结。更换后，盾尾密封止水、止浆效果良好。

关键词：盾构机、盾尾密封、更换技术

广州地铁三号线的珠江新城站------客村站区间盾构工程，由总长1292.35m的珠江新城站-----赤岗塔站隧道区间和总长1040.8m的赤岗塔站----客村站隧道区间组成，隧道区间总长度为2333.15m，隧道深度16~28m。盾构区间圆形隧道外径为6m，内径为5.4m管片宽度为1.5m，厚为300mm,管片的分割数是“3+2+1”，即每环3个标准块A1`A2`A3，2个邻接块分别为B`C型，1个封顶块为K型。施工采用2台德国海瑞克公司的EPBφ6250mm盾构机一先一后在左右线分别进行隧道掘进施工。两台盾构机Z大的问题就是都存在盾尾密封刷损坏导致盾尾密封性能不良问题。由于盾尾密封刷的更换是在隧道内进行，盾尾密封刷始终位于管片背后，而且水文地质条件复杂，更换具有较大难度，本文就珠——客区间盾构密封刷更换技术进行总结。

1、盾尾密封刷构造及更换原因

盾构机在掘进过程中，特别是在长距离掘进时，往往会由于盾尾密封油脂加注量不足、盾构机姿态调整过猛等原因，致使盾尾密封刷损坏。盾构机密封油脂刷构造见图1。从图1可以看出，盾尾有3道密封刷，盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂，保证盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出，同时防止地下水渗漏道盾构机内。如果盾尾密封性能不良，会给施工带来很多不利因素。本工程需要穿越珠江 如果江底地下水较大，大量地下水从破损的盾尾渗流到隧道内，后果将不堪设想。因此在过江前，必须解决盾尾密封问题。

图1.盾构机密封油脂刷构造

2、更换前准备工作

2.1更换位置的选择

盾尾密封更换尽量避免在软土地层更换，因为在软岩地层中盾构机在自重的作用下，容易发生低头，一旦发生盾构机低头就较难处理。经过综合考虑后，珠---客区间右线隧道更换盾尾刷位置确定在YDK4+704,相应位置的地质剖面图见图2.从图2中可以看出盾尾更换位置的地质主要以（8）、（9）地层为主，岩土工程勘察报告表明，（8）、（9）地层岩石强度在10~25MPa之间，岩石的自稳性较好，但是地下水丰富。

2.2  注浆止水

盾尾密封刷更换需要进行焊接作业，先将旧的盾尾刷拆除，再将新的盾尾刷焊接到盾尾。施焊需要良好的作业环境，为了保证焊接的质量和方便作业，必须在无水或者少水的环境下作业。本区间地下水丰富，焊接前必须对盾尾刷后部2~5环的管片进行管片壁后二次注入水泥----水玻璃双液浆，将管片与地层之间的流水通道完全封死，防止地下水通过盾尾进入盾构机内，给更换、焊接施工造成不便。珠---客右线盾构机更换尾刷位置为376环，距离江边约30m。

2.3 推进千斤顶行程的确定

正常掘进循环中，盾尾刷始终位于安装管环的背后，因此是无法看到和更换。若千斤顶行程过大，3道盾尾刷就会完全露出，这相当于盾尾没有任何密封，工作面就失去了盾体的防护作用；若千斤顶行程过小，则拆除1环管片无法看到盾尾刷；若拆除2环，由于千斤顶Z大行程限制，则重新安装时千斤顶无法将拆除的第二环重新安装，而且盾尾刷也会全部暴露在外，这也是施工不允许的。比较适合的千斤顶行程约1200mm，此行程可将已经安装的紧贴千斤顶撑靴的管环部分环片拆除，并将盾尾刷露出1~2道，既可保证更换的安全性，又具备操作性。

2.4 施工设备材料准备

拆除盾尾刷需要进行氧气切割作业，更换密封刷需要进行焊接作业，更换前，要准备好气割、电焊机、焊条，填充盾尾间隙和盾尾刷的盾尾密封油脂等材料。

3、更换过程

在上述的准备工作完毕之后，即可进行盾尾密封刷更换。以K块位于管环1点为例加以说明，具体更换过程见图3。

图3是盾尾密封更换以K块管片位于1点为例进行说明的，实际K块位置还可能位于2.3.9.10.11点位，K块管片位于这些点位时，盾尾更换可仿?K块位于1点时进行。另外，更换顺序可以按照K-C-B-A1-A2-A3管片顺时针方向进行，也可以按照K-C-A3-A2-A1-B管片逆时针方向进行。管片绕管环中?旋转的角度以保证K块位置为准，本工程中管环顺时针旋转72度，即K块盾尾更换前位于1点位置，盾尾更换后位于3点位置。

4、结语

盾尾密封主要具有止水、止浆，是盾构机与周围地层隔绝的一道重要安全屏障。在盾构机掘进过程中，经过一定距离的掘进后，盾尾密封性能总会下降 。密封性能下降快慢或掘进距离的长短与盾尾油脂质量、油脂填充质量、盾尾刷质量，以及盾构机操作水平密切相关。如果盾尾渗漏不大，可采取加大油脂注入量，在盾尾填塞止水材料，在不堵管的前提下适当增加砂浆的稠度，适当增加盾尾抽排水设备等措施来保证施工顺利和施工质量。但是如果盾尾渗透量过大，采用上述措施无法保证施工的安全和质量时，应进行盾尾密封更换，特别是在江河底部等地下水较大的情况下掘进时，提前选择合适的位置进行盾构密封更换，对于保证后续施工质量以及施工安全快速进行是非常必要的。本工程左右线施工中，由于在盾构机施工前，对破损的盾尾进行了更换，取得了良好的密封效果，有力的保证了盾构机在江底施工的安全和质量，并以较快的速度穿越了珠江。

（来源：铁道建筑）