泥水平衡盾构施工中的盾尾密封保护技术探讨

摘要：在泥水平衡盾构施工过程中，盾尾密封是盾构施工的主要组成部分，必须合理使用和保养维护。文章介绍了盾尾密封在实际施工案例中的使用和保养维护，以防止在盾构掘进过程中出现盾尾刷损坏、盾尾密封失效，从而导致盾构盾尾经常性漏水或漏浆，严重时出现涌水、涌砂等现象。

关键词：泥水平衡盾构施工；盾尾密封保护技术；盾尾刷；盾尾油脂；盾构掘进 文献标识码：A

中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2015）31-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.059

1 盾尾密封的组成形式

盾尾密封是盾构施工的主要组成部分，盾尾密封是由三道钢丝刷、六道弹簧钢板及密封油脂系统组成。注脂孔数为2仓×4孔=8孔（图1盾尾密封的组成示意图）。

钢丝刷是盾尾密封件的主要部件，是由保护钢板、不锈钢钢丝、隔层网和不锈钢钢板组成，当受到管片的压力后，钢丝刷和内侧钢板紧贴住管片外壁，通过钢板及钢丝的弹力与管片外壁保持密贴，从而实现密封作用（图1盾尾刷的组成示意图）。

由于管片与盾尾刷之间会因为盾构掘进产生相对运动，为了保证盾尾刷的钢丝和钢板不会因为与管片之间的摩擦力而产生脱落情况，特在两道盾尾刷之间的油脂仓内充填盾尾油脂，一般充填压力在15～30bar之间。

2 常见的盾尾密封失效形式与原因

盾尾密封在盾构掘进过程中要做好保护，盾尾密封失效是指密封效果无法满足使用的要求，导致盾构盾尾经常性漏水或漏浆，严重时出现涌水、涌砂等现象。

盾构掘进过程中常见的密封失效形式，主要有以下四种原因：（1）盾尾钢丝刷弹性失效，无法自行恢复变形；（2）油脂仓内油脂压力补充不足或油脂仓内有空仓现象；（3）油脂仓内有杂物或充填了水泥浆，导致无法形成密封效果；（4）盾尾刷的钢丝或保护钢板脱落，导致耐压不够。

造成以上盾尾密封失效主要有以下四种原因：（1）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效；（2）盾尾油脂质量较差，流动性不好，进入油脂仓内不能完全充填满油脂仓；（3）拼装管片造成的管片碎块或盾尾内的泥渣未及时清理干净，随盾构掘进而进入油脂仓内，影响了油脂仓的密封效果；（4）同步注浆或管片补浆是压力控制不当，浆液进入盾尾刷内凝固成块状，长期无法清理，导致油脂充填不到位，从而影响密封效果。

3 盾尾密封的管理与控制

保护好盾尾刷是保证盾尾密封的关键工作，做好盾尾密封的管理要从设备材料、注入盾尾油脂、盾构机姿态的控制三个主要方面进行完善与控制。

3.1 盾尾密封主要材料设备管理

盾尾密封的主要材料设备是盾尾油脂、盾尾刷及盾尾油脂泵。

盾尾油脂的主要指数要满足如下条件：抗水性>32kg/cm2，比重1.2～1.4g/cm3，具有防水冲蚀和抗蠕动性，流动性好。盾尾油脂必须有专业生产厂家生产。在使用过程中要做好盾尾油脂的管理，存放时间不宜过长，放置于阴凉处，以防止油脂表面固结。

盾尾刷的质量也相当重要，目前使用的盾尾刷一般要求盾尾刷钢丝是直径为0.3～0.4mm的镀铜钢丝，前保护钢板为双层弹簧板（1.0mm+1.0mm）。

盾尾油脂泵是保证盾尾油脂能够泵送入油脂仓的压力来源，油脂泵的工作参数和工作状态是保证泵送油脂的关键所在，根据公司实际使用情况对比，宜选择泵送流量较大、压缩比较大的泵，从而提高油脂的注入量和注入压力，保证油脂的填充效果。

3.2 盾尾油脂注入的管理

盾尾油脂注入管理主要就是保护盾尾刷，减少盾尾漏浆、漏水。盾尾油脂注入的管理主要注意以下五点：（1）正常掘进情况下，应选用自动模式注入油脂，补充油脂舱内的损耗量；（2）停机情况下，手动模式对漏浆位置进行补充油脂，提高盾尾仓内油脂压力；（3）注入量的控制；（4）注入压力的控制。压力不宜过高，如出现盾尾有油脂漏出，应停止压力较高的空位。具体压力控制应视切口水压及注浆压力而定，注油脂压力最大不超过40bar；（5）更换油脂时要注意清洁，不可将砂粒等颗粒状东西掉入油脂桶中。

3.3 盾构机姿态的控制

盾构机的掘进要求应尽量根据设计线路进行，尽量避免线路偏差。但在实际掘进过程中，因地质情况等原因，盾构机的姿态经常会偏离隧道的设计线路，从而会使盾尾间隙过小而造成管片破损的情况的发生。盾尾间隙过小，会导致盾尾刷被过度挤压，在盾构推进的过程中与管片容易产生相对运动，易导致盾尾密封的弹簧板和钢丝脱落，使密封失效。管片破损后的碎块进入管片背面，然后挤压通过盾尾刷进入油脂仓，阻断了油脂流动的通道，导致盾尾密封失效。如果盾构机偏离设计线路时，在纠偏过程中不要过急，为保证盾构的铰接密封、盾尾钢丝刷密封的良好工作性能，同时也为了保证管片不受损坏，应尽量做好吨位间隙的控制，保持上下左右比较均匀的盾构姿态。

盾尾间隙是管片选择点位的主要依据，盾构机盾尾标准间隙为75mm，而实际间隙是30mm，因为盾尾处有一高45mm的凸台，所以在测量吨位间隙的时候，应该确认是量了哪个地方，管片拼装前测量的位置应该是凸台面，拼装后的测量位置是管片拼装区域，但管片相对盾尾的姿态是统一的，在拼装好上一环管片后，必须对管片的上、下、左、右四个位置的盾尾间隙进行测量，根据盾尾间隙及隧道线型进行调整盾构机的掘进，保持间隙的合理性。

4 盾尾拥砂的封堵措施

4.1 双液浆封堵

一般情况下盾尾涌砂的封堵通常采用在管片吊装孔位置补注双液浆的方法进行封堵。双液浆是水泥浆与水玻璃的混合液，按10∶1的比例进行混合，利用水玻璃的速凝催化作用，可以实现控制水泥浆初凝时间在10～13秒的效果，通过水泥浆的速凝作用，达到堵住涌砂通道的作用，从而减少涌砂的风险。

利用补注双液浆对涌砂位置进行封堵是最有效也是最易实现的方法，但补注双液浆必须注意以下三点：（1）补注位置的选择。补注双液浆的位置要由远及近，从距离涌砂点较远的位置开始注入；（2）浆液配比控制。水泥浆与水玻璃的不同配比初凝时间是不同的，根据经验一般以控制初凝时间在10～13秒为宜，通过实验水泥浆与水玻璃比例为10∶1；（3）注浆压力控制。从远端开始注入时，注浆压力可以适当提高，但压力一般不超过6～8bar，以避免击穿地表。在距离盾尾最近的第三环注浆时，压力不得大于5bar。

4.2 注聚氨酯封堵

在透水性强的砂层中，通过注双液浆封堵涌砂通道后，还需补注水溶性聚氨酯，用于封堵地下水，放置因为地下水压或切口水压击穿盾尾密封。

聚氨酯具有良好的亲水性，浆液遇水后自行分散、乳化、发泡，立即进行化学反应，形成不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能，形成的弹性胶状体具有如下特点：（1）抗渗性：该材料抗渗性能在680kPa以上，防水效果显著；（2）抗压性：在标准砂浆中固结体的抗压强度一般在4.9～19.6MPa之间；（3）膨胀率大，不收缩，正常与水反应砂浆可以形成10～20倍泡沫体；（4）适应性广，对各种水质的适应性很强；（5）不易被流动水冲散，随着流动水流速的增加，其堵水面积会相应扩大。

5 结语

在盾构掘进过程中必须合理使用和保养维护好盾尾密封，以防止盾尾密封失效，从而出现盾构盾尾经常性漏水或漏浆，严重时出现涌水、涌砂等现象。

参考文献

[1] 盾构掘进隧道工程施工及验收规范[S].

[2] 地下防水工程质量验收规范（GB 50208-2002）[S].

作者简介：陈浩（1984-），男，江苏宿迁人，供职于广东华隧建设股份有限公司，研究方向：市政工程施工管理。

（责任编辑：黄银芳）endprint