長距離隧道施工過程洞內(nèi)修復(fù)盾構(gòu)尾刷技術(shù)摘要：盾構(gòu)法施工以其質(zhì)量好、施工安全、掘進(jìn)快速、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，在我國地下鐵道工程中得到廣泛應(yīng)用。而盾構(gòu)尾刷的容易損壞且較難更換的缺點(diǎn)，制約了盾構(gòu)長距離掘進(jìn)。如何在盾構(gòu)施工中途進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換，是解決盾構(gòu)長距離掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。文章總結(jié)了德國海瑞克土壓平衡式盾構(gòu)在廣州地鐵三號線施工過程中成功更換尾刷的經(jīng)驗(yàn)，具有一定參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；尾刷修復(fù)1 引言 盾構(gòu)法施工以其質(zhì)量好、施工安全、掘進(jìn)快速、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，迅速在地鐵隧道施工中得到廣泛應(yīng)用，廣州是目前我國應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)修建地鐵隧道發(fā)展最快的城市之一。廣州地區(qū)地層多樣、地質(zhì)復(fù)雜，給盾構(gòu)施工帶來了許多難題，特別是花崗巖地層，給盾構(gòu)機(jī)制造、盾構(gòu)法施工都提出了更高的技術(shù)要求。隨著地鐵的發(fā)展延伸，地鐵隧道區(qū)間段也越來越長，長距離掘進(jìn)將是在以后城際間的地鐵修建中提出的重要技術(shù)要求。然而，盾構(gòu)機(jī)主要密封部位之一的尾刷，卻是非常容易損壞且難以修復(fù)的部件，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在花崗巖地層中，盾構(gòu)掘進(jìn)1000m后，盾尾尾刷密封將大部分失效，特別是經(jīng)過較小半徑轉(zhuǎn)彎段掘進(jìn)后，盾尾左右兩側(cè)尾刷將被嚴(yán)重磨損（見圖1）。如何在盾構(gòu)施工中途進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換，是解決盾構(gòu)長距離掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2 技術(shù)難點(diǎn) 廣州地鐵三號線天河客運(yùn)站-華師站區(qū)間隧道盾構(gòu)工程所經(jīng)地層大部分是花崗巖地層，所采用的盾構(gòu)機(jī)是由德國海瑞克生產(chǎn)的直徑6.28m的土壓平衡式盾構(gòu)，盾尾共設(shè)三道尾刷（見圖2），推進(jìn)千斤頂最大伸長長度為S=2000mm，管片寬為1500mm。 在花崗巖殘積層中進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換有以下難點(diǎn)： （1）由于花崗巖殘積層受擾動后，地層穩(wěn)定性急劇下降，在已成環(huán)的盾構(gòu)管片外形成透水通道，而盾構(gòu)更換尾刷時(shí)，需將兩道尾刷露出成環(huán)管片外，僅有一道已損壞的尾刷作封閉，很容易造成從盾尾處噴泥涌水等塌方事故。 （2）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，花崗巖殘積層經(jīng)擾動后，掌子面很不穩(wěn)定，隨著停機(jī)時(shí)間越長，地下水進(jìn)入土倉，土倉壓力逐漸增大。由于更換尾刷時(shí)，推進(jìn)千斤頂無法頂?shù)焦芷軜?gòu)機(jī)將在土倉壓力的作用下產(chǎn)生后退，使尾刷更換工作進(jìn)入進(jìn)退兩難境地。 （3）長時(shí)間的停機(jī)，盾構(gòu)機(jī)尾部在不均勻壓力作用下，易產(chǎn)生偏移，造成盾構(gòu)間隙過大或過小，給管片安裝帶來困難。3 技術(shù)措施 根據(jù)技術(shù)難點(diǎn)，在施工前必須準(zhǔn)備好應(yīng)對的技術(shù)措施，具體技術(shù)措施如下： （1）為防止尾刷更換過程中盾尾部位噴泥涌水等塌方事故，應(yīng)對停機(jī)地層進(jìn)行分析，宜選擇相對穩(wěn)定的地層進(jìn)行尾刷更換，盡量避免在不穩(wěn)定地層如砂層、淤泥層進(jìn)行尾刷更換，如確實(shí)需要在不穩(wěn)定地層進(jìn)行，必須在停機(jī)更換前采取如下措施：即掘進(jìn)最后兩環(huán)時(shí)，加大同步注漿量，按常規(guī)盾尾同步注漿量的1.5倍控制，并在盾尾后3~4環(huán)打開吊裝孔進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，盾尾漏漿時(shí)，采用海綿條進(jìn)行封堵，確保盾尾處地層的注漿比較飽滿密實(shí)，起到對圍巖的制穩(wěn)、加固和有效的封水效果。 （2）為防止尾刷更換過程中盾構(gòu)機(jī)在土倉壓力作用下出現(xiàn)后退情況，應(yīng)準(zhǔn)備好用于接長推進(jìn)千斤頂?shù)慕訔U鋼支撐，在拆除臨時(shí)管片后，支頂在最后一環(huán)管片與推進(jìn)千斤頂之間，制約盾構(gòu)機(jī)后退。 （3）為解決由于盾尾偏移產(chǎn)生盾尾間隙過大或過小引起管片難以安裝的問題，在安裝管片前，應(yīng)對周圈盾尾間隙進(jìn)行量測，確定最小間隙位置，在安裝管片時(shí)，調(diào)整安裝順序，先安裝盾尾間隙最小處管片，能有效解決管片安裝難問題。4 工程實(shí)例4.1 工程概況 廣州地鐵天-華區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)累計(jì)掘進(jìn)到1040環(huán)后，發(fā)生盾尾嚴(yán)重漏漿，并引起地表較大沉降。經(jīng)分析判斷，該盾構(gòu)尾刷應(yīng)已嚴(yán)重?fù)p壞，為了保證同步注漿量及注漿壓力，控制地表沉降，經(jīng)研究采取對盾尾第一、二道尾刷進(jìn)行更換的措施。此處地質(zhì)情況為：隧道埋深14m，隧道范圍土層為花崗巖殘積層，頂部為淤泥層，隧道上方局部有砂層，地層較軟弱，更換前需進(jìn)行地層加固。4.2 尾刷更換方案 采用了在盾尾拼裝五塊臨時(shí)管片K（塊不安裝，以方便拆除），將盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，使盾尾第一、二道尾刷露出已成環(huán)管片外，拆除臨時(shí)管片，采用鋼支撐代替臨時(shí)管片支撐盾體，然后對第一、二道尾刷進(jìn)行更換。4.3 實(shí)施過程 （1）地層加固。盾構(gòu)掘進(jìn)第1041、1042環(huán)時(shí)，改變注漿配比以加快漿液凝固，注漿量由原來的6M3/環(huán)增加到; 9M3/環(huán)，注漿過程中對盾尾漏漿點(diǎn)采用海綿條封堵，掘進(jìn)第1042環(huán)，使推進(jìn)千斤頂伸長到S=2000mm，停止掘進(jìn)。打開第1039、1040環(huán)管片吊裝孔進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，注漿量按4M3/環(huán)控制，補(bǔ)注漿漿液內(nèi)加入適量的CaCl2以加快漿液凝固。 （2）安裝臨時(shí)管片，將盾尾推露出環(huán)片。注漿完成后，停機(jī)12h，在第1042環(huán)安裝臨時(shí)管片五塊K（塊不安裝，以方便拆除），恢復(fù)掘進(jìn)第1043環(huán)，直到推進(jìn)千斤頂伸長到S=1200mm~1250mm，使第一、二排尾刷完全露出第1041環(huán)管片外，掘進(jìn)過程停止盾尾同步注漿，并對盾尾漏水點(diǎn)采用海綿條封堵。 （3）拆除臨時(shí)管片，進(jìn)行尾刷更換。尾刷露出管片后，拆除第1042環(huán)臨時(shí)管片，并采用五個鋼支撐在盾尾底部代替管片支撐盾體，防止盾體后移。然后從上向下采用氣刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷及打磨機(jī)打磨平整焊接接口。舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固。尾刷更換完成后，對新尾刷涂盾尾油脂，油脂采用較粘稠TSG-7油脂，確保尾刷內(nèi)部油脂均勻飽滿。 （4）安裝管片，恢復(fù)掘進(jìn)。完成一系列工作后，拼裝第1042環(huán)管片，管片拼裝前量測盾尾間隙，進(jìn)行管片選型。由于盾尾底部長時(shí)間受力，底部盾尾間隙較大，而上部盾尾間隙過小，管片安裝時(shí)，按先上后下進(jìn)行。管片完成安裝后，對盾尾注入足量油脂后方可恢復(fù)掘進(jìn)。4.4 實(shí)施效果 經(jīng)過尾刷更換后，盾尾油脂注入壓力由原來的0.25MPa恢復(fù)到0.5MPa而無油脂擠出現(xiàn)象，盾尾注漿壓力由更換前的0.05MPa恢復(fù)到0.25MPa而無漏漿現(xiàn)象，尾刷的更換有效解決了漏漿問題，從地面沉降監(jiān)測結(jié)果分析，隨著注漿壓力的提高，盾尾注漿量也增大，從而有效填充了盾尾退出空間，控制了地表沉降。5 結(jié)束語 完好的盾構(gòu)尾刷是盾構(gòu)隧道注漿質(zhì)量、防水質(zhì)量、管片拼裝質(zhì)量以及地表沉降控制質(zhì)量的保證。盾尾尾刷更換技術(shù)的成熟，也將是盾構(gòu)長距離掘進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵。而在地下工程中，由于地質(zhì)的復(fù)雜性，給盾構(gòu)尾刷更換帶來了許多難以預(yù)料的困難，對尾刷更換過程進(jìn)行深入分析，并對難點(diǎn)采取有效的技術(shù)措施，是盾構(gòu)尾刷成功更換的關(guān)鍵。
2 技術(shù)難點(diǎn) 廣州地鐵三號線天河客運(yùn)站-華師站區(qū)間隧道盾構(gòu)工程所經(jīng)地層大部分是花崗巖地層，所采用的盾構(gòu)機(jī)是由德國海瑞克生產(chǎn)的直徑6.28m的土壓平衡式盾構(gòu)，盾尾共設(shè)三道尾刷（見圖2），推進(jìn)千斤頂最大伸長長度為S=2000mm，管片寬為1500mm。 在花崗巖殘積層中進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換有以下難點(diǎn)： （1）由于花崗巖殘積層受擾動后，地層穩(wěn)定性急劇下降，在已成環(huán)的盾構(gòu)管片外形成透水通道，而盾構(gòu)更換尾刷時(shí)，需將兩道尾刷露出成環(huán)管片外，僅有一道已損壞的尾刷作封閉，很容易造成從盾尾處噴泥涌水等塌方事故。 （2）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，花崗巖殘積層經(jīng)擾動后，掌子面很不穩(wěn)定，隨著停機(jī)時(shí)間越長，地下水進(jìn)入土倉，土倉壓力逐漸增大。由于更換尾刷時(shí)，推進(jìn)千斤頂無法頂?shù)焦芷軜?gòu)機(jī)將在土倉壓力的作用下產(chǎn)生后退，使尾刷更換工作進(jìn)入進(jìn)退兩難境地。 （3）長時(shí)間的停機(jī)，盾構(gòu)機(jī)尾部在不均勻壓力作用下，易產(chǎn)生偏移，造成盾構(gòu)間隙過大或過小，給管片安裝帶來困難。3 技術(shù)措施 根據(jù)技術(shù)難點(diǎn)，在施工前必須準(zhǔn)備好應(yīng)對的技術(shù)措施，具體技術(shù)措施如下： （1）為防止尾刷更換過程中盾尾部位噴泥涌水等塌方事故，應(yīng)對停機(jī)地層進(jìn)行分析，宜選擇相對穩(wěn)定的地層進(jìn)行尾刷更換，盡量避免在不穩(wěn)定地層如砂層、淤泥層進(jìn)行尾刷更換，如確實(shí)需要在不穩(wěn)定地層進(jìn)行，必須在停機(jī)更換前采取如下措施：即掘進(jìn)最后兩環(huán)時(shí)，加大同步注漿量，按常規(guī)盾尾同步注漿量的1.5倍控制，并在盾尾后3~4環(huán)打開吊裝孔進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，盾尾漏漿時(shí)，采用海綿條進(jìn)行封堵，確保盾尾處地層的注漿比較飽滿密實(shí)，起到對圍巖的制穩(wěn)、加固和有效的封水效果。 （2）為防止尾刷更換過程中盾構(gòu)機(jī)在土倉壓力作用下出現(xiàn)后退情況，應(yīng)準(zhǔn)備好用于接長推進(jìn)千斤頂?shù)慕訔U鋼支撐，在拆除臨時(shí)管片后，支頂在最后一環(huán)管片與推進(jìn)千斤頂之間，制約盾構(gòu)機(jī)后退。 （3）為解決由于盾尾偏移產(chǎn)生盾尾間隙過大或過小引起管片難以安裝的問題，在安裝管片前，應(yīng)對周圈盾尾間隙進(jìn)行量測，確定最小間隙位置，在安裝管片時(shí)，調(diào)整安裝順序，先安裝盾尾間隙最小處管片，能有效解決管片安裝難問題。4 工程實(shí)例4.1 工程概況 廣州地鐵天-華區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)累計(jì)掘進(jìn)到1040環(huán)后，發(fā)生盾尾嚴(yán)重漏漿，并引起地表較大沉降。經(jīng)分析判斷，該盾構(gòu)尾刷應(yīng)已嚴(yán)重?fù)p壞，為了保證同步注漿量及注漿壓力，控制地表沉降，經(jīng)研究采取對盾尾第一、二道尾刷進(jìn)行更換的措施。此處地質(zhì)情況為：隧道埋深14m，隧道范圍土層為花崗巖殘積層，頂部為淤泥層，隧道上方局部有砂層，地層較軟弱，更換前需進(jìn)行地層加固。4.2 尾刷更換方案 采用了在盾尾拼裝五塊臨時(shí)管片K（塊不安裝，以方便拆除），將盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，使盾尾第一、二道尾刷露出已成環(huán)管片外，拆除臨時(shí)管片，采用鋼支撐代替臨時(shí)管片支撐盾體，然后對第一、二道尾刷進(jìn)行更換。4.3 實(shí)施過程 （1）地層加固。盾構(gòu)掘進(jìn)第1041、1042環(huán)時(shí)，改變注漿配比以加快漿液凝固，注漿量由原來的6M3/環(huán)增加到; 9M3/環(huán)，注漿過程中對盾尾漏漿點(diǎn)采用海綿條封堵，掘進(jìn)第1042環(huán)，使推進(jìn)千斤頂伸長到S=2000mm，停止掘進(jìn)。打開第1039、1040環(huán)管片吊裝孔進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，注漿量按4M3/環(huán)控制，補(bǔ)注漿漿液內(nèi)加入適量的CaCl2以加快漿液凝固。 （2）安裝臨時(shí)管片，將盾尾推露出環(huán)片。注漿完成后，停機(jī)12h，在第1042環(huán)安裝臨時(shí)管片五塊K（塊不安裝，以方便拆除），恢復(fù)掘進(jìn)第1043環(huán)，直到推進(jìn)千斤頂伸長到S=1200mm~1250mm，使第一、二排尾刷完全露出第1041環(huán)管片外，掘進(jìn)過程停止盾尾同步注漿，并對盾尾漏水點(diǎn)采用海綿條封堵。 （3）拆除臨時(shí)管片，進(jìn)行尾刷更換。尾刷露出管片后，拆除第1042環(huán)臨時(shí)管片，并采用五個鋼支撐在盾尾底部代替管片支撐盾體，防止盾體后移。然后從上向下采用氣刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷及打磨機(jī)打磨平整焊接接口。舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固。尾刷更換完成后，對新尾刷涂盾尾油脂，油脂采用較粘稠TSG-7油脂，確保尾刷內(nèi)部油脂均勻飽滿。 （4）安裝管片，恢復(fù)掘進(jìn)。完成一系列工作后，拼裝第1042環(huán)管片，管片拼裝前量測盾尾間隙，進(jìn)行管片選型。由于盾尾底部長時(shí)間受力，底部盾尾間隙較大，而上部盾尾間隙過小，管片安裝時(shí)，按先上后下進(jìn)行。管片完成安裝后，對盾尾注入足量油脂后方可恢復(fù)掘進(jìn)。4.4 實(shí)施效果 經(jīng)過尾刷更換后，盾尾油脂注入壓力由原來的0.25MPa恢復(fù)到0.5MPa而無油脂擠出現(xiàn)象，盾尾注漿壓力由更換前的0.05MPa恢復(fù)到0.25MPa而無漏漿現(xiàn)象，尾刷的更換有效解決了漏漿問題，從地面沉降監(jiān)測結(jié)果分析，隨著注漿壓力的提高，盾尾注漿量也增大，從而有效填充了盾尾退出空間，控制了地表沉降。5 結(jié)束語 完好的盾構(gòu)尾刷是盾構(gòu)隧道注漿質(zhì)量、防水質(zhì)量、管片拼裝質(zhì)量以及地表沉降控制質(zhì)量的保證。盾尾尾刷更換技術(shù)的成熟，也將是盾構(gòu)長距離掘進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵。而在地下工程中，由于地質(zhì)的復(fù)雜性，給盾構(gòu)尾刷更換帶來了許多難以預(yù)料的困難，對尾刷更換過程進(jìn)行深入分析，并對難點(diǎn)采取有效的技術(shù)措施，是盾構(gòu)尾刷成功更換的關(guān)鍵。