浅谈盾构施工中盾尾密封装置

刘涛

摘要：盾构施工法中，盾尾密封系统是实现盾构正常掘进的一个关键系统，本文结合实际施工情况，介绍盾构机盾尾密封装置受损的常见原因及防治措施。

关键词：盾构施工;盾尾刷;防治措施

1 盾尾刷构造

盾尾刷的作用是用来防止地下水、土砂、泥水和壁后注浆浆液对盾尾的渗漏，保证盾构施工安全正常进行。盾尾刷一般由三道钢丝刷密封和六道弹簧钢板密封组成，如图1所示，用以防止地层中的泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙漏人盾构机。配备有盾尾刷注脂装置，推进时在每两道密封之间自动注入密封用油脂，以提高密封效果.并减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。

图1  盾构机盾尾密封刷构造图

2、广州地铁十三号线施工九标32#风井～31#吊出井区间盾尾刷使用情况

本区间采用的是日本三菱土压平衡盾构机，隧道总长460.539延米，从施工过程中以及盾构机出洞情况来看，盾尾刷在使用过程中未达到理想结果，盾构掘进第40环左右时，出现了盾尾漏浆现象，地面沉降速率、累计沉降值超限，严重影响了工程质量、进度、安全，同时也存在很大的施工风险。盾构机出洞后，盾尾刷钢丝刷已脆断脱落，如图2所示。

图2 出洞时盾尾刷

2.1工程概况

广州市轨道交通十三号线首期工程（鱼珠至象颈岭段）【施工九标】土建工程新塘站～官湖站区间位于增城市新塘镇北广深铁路旁。本工程投入两台三菱盾构机（Φ6260 EPB）先从32#风井往新塘站方向始发，左、右线分别掘进至31#盾构井及新塘站吊出，转场回到32#风井二次始发，向官湖站掘进，最后官湖站吊出，左右线隧道总长5089.526延米。

2.2地质概况

隧道穿越区域主要包括<5Z-1>可塑状砂质粘土层;<5Z-2>硬塑状砂质粘土层;<6Z>全风化混合花岗岩;<7Z>强风化混合花岗岩;<8Z>中风化混合花岗岩，部分地段分布有〈2-1B〉淤泥质土、〈2-4〉粉质粘土等软土层及〈3-1〉粉细砂和〈3-2〉中密狀中粗砂等砂层。隧道通过区段，第四系地层中地下水丰富。

3盾构机盾尾密封装置受损的原因分析

3.1 盾尾刷制造加工存在缺陷

本区间使用的盾尾刷制造短边（内）弹簧钢板稍长，影响了注入的盾尾油脂与钢丝刷接触，加大了钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，从而导致盾构机出洞，盾尾钢丝刷脆断脱落现象。如图5所示。

图5 盾构机盾尾密封刷

3.2 盾构机始发前盾尾刷的油脂涂抹不足

盾构机始发前要在盾尾刷钢丝内涂抹盾尾油脂，涂抹标准为尾刷每根钢丝上要沾满油脂。如果涂抹不到位，会影响尾刷的密封效果，严重时漏浆。每台盾构机一般至少要涂抹盾尾油脂2桶左右。本区间盾构始发前盾尾油脂涂抹不到位，部分未涂抹到，涂抹处紧在表面未涂抹渗入到钢丝刷里面，后经始发前条件验收，要求进行补涂，第二次补涂效果稍好。

3.3盾尾密封油脂质量影响

盾尾密封油脂的质量不好，对盾尾钢丝刷起不到保护的作用，或因油脂中含有杂质堵塞泵，使油脂压注量达不到要求。本区间因盾尾漏浆更换了盾尾油脂。

3.4 盾尾油脂量和压力不足影响

本区间盾构掘进至第40～50环时出现盾尾漏浆，掘进至100环左右时出现严重漏浆，前期盾尾油脂注入每5～6环注入一桶，后期每2环注入一桶，注入盾尾油脂达不到密封效果，承包商壁后注浆采用由原单液浆改为双液浆，盾尾漏浆得到了改善。

3.5 盾构机姿态影响

本区间盾构机始发“栽头”，第13环管片人工复测姿态最大垂直姿态：-247、水平姿态：-111，导向系统显示垂直姿态（前/中/后）：-213/-260/-227、水平姿态：-73/-105/-99，负3环至25环，盾构机姿态纠偏至盾构掘进姿态控制值范围（±50mm）;盾构掘进过程中，盾构机掘进姿态控制较差，水平姿态超限（范围+62mm～ -76mm）、垂直姿态超限（范围-95mm～+103mm），姿态超限率约31%，因此盾构机频繁的纠偏，使隧道姿态呈蛇形趋势，造成盾尾刷受损。

3.6管片拼装质量影响

3.6.1管片错台、破损对盾尾刷的影响

由于管片拼装操作手的熟练程度不够，组装工艺不合理或野蛮施工，造成管片错台、破损等问题，特别是在纵缝错台，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，在较高的注浆压力作用下，极有可能将油脂冲脱而击穿盾尾刷，造成盾尾漏浆，同时盾尾间隙过小，采取千斤顶强项顶进，使得相邻管片外壁处局部顶裂或破碎，从而带进盾尾舱，损坏盾尾刷。

3.6.2盾尾刷密封装置受偏心管片过度挤压后产生塑性变形而失去弹性，密封性能下降，在压力作用下导致浆液渗漏。

3.6.3管片拼装，千斤顶伸缩导致盾构机后退，造成盾尾刷与管片间发生刷毛方向相反的运动，使刷毛反卷，盾尾刷变形，密封性能下降而造成渗漏。

3.7土压、注浆压力及注浆方式

开挖面水土压力及注浆压力过大，击穿盾尾刷而造成漏浆，本区间盾构掘进下穿荔新桥，因荔新桥路面行驶车辆较多交通繁忙，为更好的控制盾构机下穿时桥面的沉降，调整土压为不低于2bar;盾构掘进至明挖区间时覆土较浅，最低覆土不足6米，盾构掘进设计要求覆土不得低于6米，低于6米需采取回填确保覆土厚度，盾构掘进至明挖临时板房时，因土压设定较高（1.6～1.8bar）导致地面冒浆;注浆压力不能超过盾尾刷的最大承载压力0.4MPa，如果注浆压力过大，会击穿盾尾刷而漏浆，本区间注浆压力为0.3～0.48Mpa。本区间三菱土压平衡盾构机壁后注浆方式采用通过管片注浆孔进行注浆，属于及时注浆，从倒数第3环开始注浆，盾构掘进下一环行程700～800mm时开始注浆，因此较盾壳内预埋注浆管同步注浆滞后，泥浆漏入损坏盾尾刷，影响盾尾密封。

4预防措施及治理方法

盾尾刷保护措施

为避免渗漏的发生，保证盾构正常安全掘进，在施工过程中必须采取措施保护好盾尾密封。

4.1改进盾尾刷质量

根据隧道施工的特点，改进盾尾刷样式，加强盾尾刷的承压能力，根据盾尾间隙和管片外轮廓形状，调整保护板、压紧板和钢丝长度，本工程下个区间盾尾刷进行了改造，切除了内侧弹簧保护钢板，加密加长了钢丝刷，如图9所示。经推测分析，改进后的盾尾刷内侧弹簧保护钢板切除较短，弹簧保护钢板弹性减小，刚性加大，使盾尾刷接触管片面积减小，部分钢丝刷未能较好的接触盾尾油脂，造成部分盾尾刷未起到密封作用，从而将会造成盾尾漏浆，损坏盾尾密封性能，后续施工得以验证此改进后的盾尾刷密封效果仍存在盾尾漏浆情况。

图9 改造后的盾尾刷

4.2 保证盾构始发前第一次油脂的涂抹质量

采用优质的盾尾油脂，要求有足够的粘度、流动性、润滑性、密封性能。盾构始发前第一次油脂的涂抹，油脂必须充分涂抹到尾刷的钢丝中间，确保尾刷每根钢丝上要沾满油脂，而且要对尾刷逐块逐层进行检查，涂抹均匀，不留死角。一般要涂抹盾尾油脂4桶左右。

4.2 严格控制盾构机姿态

盾构掘进过程中，严格控制，在盾构机的姿态调整过程中，应尽量减小纠偏量，同时积极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，尽最大努力使盾尾间隙均匀一致，减轻管片对盾尾刷的挤压程度。同时K块选择要合理也对盾尾间隙及盾尾刷的保护起到相当重要的作用。

4.3 保证管片拼装质量

施工中必须加强对管片的选型和拼装管理，加强拼装施工培训，提高拼装人员的技术水平，要求管片拼成标准圆形，减少椭圆和错台等现象。严格控制管片组装时的千斤顶伸缩量，避免盾构产生后退。

4.4 管片粘贴海绵条

在每块管片两头止水条下部粘贴海绵条封堵漏浆通，防止因盾尾漏漿影响盾尾密封性能。

4.5 控制壁后注浆压力

注浆压力一般控制在0.2～0.5MPa，施工中必须严格控制浆液的配比，经常进行试验和现场抽检，确保注浆压力的合理，确保其凝固时间为10～15s，经常检查压力传感器，另在注浆压力剧增时应立即停止注浆，查明原因或者更换孔位后再进行注浆。

4.6特殊情况下对盾尾刷的保护

1）长时间停机时，要间隔一定时间就要注入油脂。

2）停机时靠近盾尾处进行二次注浆或聚氨脂时，要结合注入压力及油脂仓内压力合理选择是否补注油脂，以防止其进入油脂仓内，从而保护盾尾刷。

3）当发生漏浆后必须进行漏浆处局部打油脂，如同步注浆浆液漏浆，则最好进行局部注脂。并在随后的推进时适当的提高油脂注入量直到稳定。

4）当发生严重渗漏或窜浆现象时，采用盾尾全舱注脂处理的方法，以确保油脂舱内有足够的油脂量和压力，建议从漏浆相对较小的地方向较大的地方逐渐靠近注入。如有必要则在管片与盾尾间堵住海绵再进行注脂。堵住后在推进50mm以内专门停机进行注脂以巩固效果。

4.7 在条件允许的情况下，可更换盾尾刷，以保证盾尾刷的密封性，但风险比较大。

5结束语

盾构机盾尾刷的保护涉及到盾构施工的注浆压力、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾油脂、管片拼装等多种因素。因此，在施工实际中必须做到细心，及时采取切实可行的措施，才能少走弯路，减少损失，保证工程的施工进度和施工质量。

参考文献：

[1]竺维彬等.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2006.

[2]周文波.编著盾构法隧道施工技术及应用，2004，11.