长距离隧道施工过程洞内修复盾构尾刷技术

1 引言 盾构法施工以其质量好、施工安全、掘进快速、对环境影响小等优点，迅速在地铁隧道施工中得到广泛应用，广州是目前我国应用盾构技术修建地铁隧道发展最快的城市之一。广州地区地层多样、地质复杂，给盾构施工带来了许多难题，特别是花岗岩地层，给盾构机制造、盾构法施工都提出了更高的技术要求。随着地铁的发展延伸，地铁隧道区间段也越来越长，长距离掘进将是在以后城际间的地铁修建中提出的重要技术要求。然而，盾构机主要密封部位之一的尾刷，却是非常容易损坏且难以修复的部件，经统计，在花岗岩地层中，盾构掘进1000m后，盾尾尾刷密封将大部分失效，特别是经过较小半径转弯段掘进后，盾尾左右两侧尾刷将被严重磨损（见图1）。如何在盾构施工中途进行盾构尾刷更换，是解决盾构长距离掘进的关键技术之一。 2 技术难点 广州地铁三号线天河客运站-华师站区间隧道盾构工程所经地层大部分是花岗岩地层，所采用的盾构机是由德国海瑞克生产的直径6.28m的土压平衡式盾构，盾尾共设三道尾刷（见图2），推进千斤顶最大伸长长度为S=2000mm，管片宽为1500mm。 在花岗岩残积层中进行盾构尾刷更换有以下难点： （1）由于花岗岩残积层受扰动后，地层稳定性急剧下降，在已成环的盾构管片外形成透水通道，而盾构更换尾刷时，需将两道尾刷露出成环管片外，仅有一道已损坏的尾刷作封闭，很容易造成从盾尾处喷泥涌水等塌方事故。 （2）盾构掘进时，花岗岩残积层经扰动后，掌子面很不稳定，随着停机时间越长，地下水进入土仓，土仓压力逐渐增大。由于更换尾刷时，推进千斤顶无法顶到管片，盾构机将在土仓压力的作用下产生后退，使尾刷更换工作进入进退两难境地。 （3）长时间的停机，盾构机尾部在不均匀压力作用下，易产生偏移，造成盾构间隙过大或过小，给管片安装带来困难。 3 技术措施 根据技术难点，在施工前必须准备好应对的技术措施，具体技术措施如下： （1）为防止尾刷更换过程中盾尾部位喷泥涌水等塌方事故，应对停机地层进行分析，宜选择相对稳定的地层进行尾刷更换，尽量避免在不稳定地层如砂层、淤泥层进行尾刷更换，如确实需要在不稳定地层进行，必须在停机更换前采取如下措施：即掘进最后两环时，加大同步注浆量，按常规盾尾同步注浆量的1.5倍控制，并在盾尾后3~4环打开吊装孔进行管片背后补注浆，盾尾漏浆时，采用海绵条进行封堵，确保盾尾处地层的注浆比较饱满密实，起到对围岩的制稳、加固和有效的封水效果。 （2）为防止尾刷更换过程中盾构机在土仓压力作用下出现后退情况，应准备好用于接长推进千斤顶的接杆钢支撑，在拆除临时管片后，支顶在最后一环管片与推进千斤顶之间，制约盾构机后退。 （3）为解决由于盾尾偏移产生盾尾间隙过大或过小引起管片难以安装的问题，在安装管片前，应对周圈盾尾间隙进行量测，确定最小间隙位置，在安装管片时，调整安装顺序，先安装盾尾间隙最小处管片，能有效解决管片安装难问题。 4 工程实例 4.1 工程概况 广州地铁天-华区间左线盾构机累计掘进到1040环后，发生盾尾严重漏浆，并引起地表较大沉降。经分析判断，该盾构尾刷应已严重损坏，为了保证同步注浆量及注浆压力，控制地表沉降，经研究采取对盾尾第一、二道尾刷进行更换的措施。此处地质情况为：隧道埋深14m，隧道范围土层为花岗岩残积层，顶部为淤泥层，隧道上方局部有砂层，地层较软弱，更换前需进行地层加固。 4.2 尾刷更换方案 采用了在盾尾拼装五块临时管片K（块不安装，以方便拆除），将盾构机向前掘进，使盾尾第一、二道尾刷露出已成环管片外，拆除临时管片，采用钢支撑代替临时管片支撑盾体，然后对第一、二道尾刷进行更换。 4.3 实施过程 （1）地层加固。盾构掘进第1041、1042环时，改变注浆配比以加快浆液凝固，注浆量由原来的6M3/环增加到; 9M3/环，注浆过程中对盾尾漏浆点采用海绵条封堵，掘进第1042环，使推进千斤顶伸长到S=2000mm，停止掘进。打开第1039、1040环管片吊装孔进行管片背后补注浆，注浆量按4M3/环控制，补注浆浆液内加入适量的CaCl2以加快浆液凝固。 （2）安装临时管片，将盾尾推露出环片。注浆完成后，停机12h，在第1042环安装临时管片五块K（块不安装，以方便拆除），恢复掘进第1043环，直到推进千斤顶伸长到S=1200mm~1250mm，使第一、二排尾刷完全露出第1041环管片外，掘进过程停止盾尾同步注浆，并对盾尾漏水点采用海绵条封堵。 （3）拆除临时管片，进行尾刷更换。尾刷露出管片后，拆除第1042环临时管片，并采用五个钢支撑在盾尾底部代替管片支撑盾体，防止盾体后移。然后从上向下采用气刨割除旧尾刷，并用钢丝刷及打磨机打磨平整焊接接口。旧尾刷割除后，采用电焊机将新尾刷焊接牢固。尾刷更换完成后，对新尾刷涂盾尾油脂，油脂采用较粘稠TSG-7油脂，确保尾刷内部油脂均匀饱满。 （4）安装管片，恢复掘进。完成一系列工作后，拼装第1042环管片，管片拼装前量测盾尾间隙，进行管片选型。由于盾尾底部长时间受力，底部盾尾间隙较大，而上部盾尾间隙过小，管片安装时，按先上后下进行。管片完成安装后，对盾尾注入足量油脂后方可恢复掘进。 4.4 实施效果 经过尾刷更换后，盾尾油脂注入压力由原来的0.25MPa恢复到0.5MPa而无油脂挤出现象，盾尾注浆压力由更换前的0.05MPa恢复到0.25MPa而无漏浆现象，尾刷的更换有效解决了漏浆问题，从地面沉降监测结果分析，随着注浆压力的提高，盾尾注浆量也增大，从而有效填充了盾尾退出空间，控制了地表沉降。 5 结束语 完好的盾构尾刷是盾构隧道注浆质量、防水质量、管片拼装质量以及地表沉降控制质量的保证。盾尾尾刷更换技术的成熟，也将是盾构长距离掘进技术的关键。而在地下工程中，由于地质的复杂性，给盾构尾刷更换带来了许多难以预料的困难，对尾刷更换过程进行深入分析，并对难点采取有效的技术措施，是盾构尾刷成功更换的关键。 信息来源于：中国轨道交通网