浅谈盾构掘进过程盾尾刷损坏原因分析及更换注意事项

浅谈盾构掘进过程盾尾刷损坏原因分析及更换注意事项

范星星

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510000

摘要：盾构机的盾尾刷为钢丝毛刷，掘进时会受到管片的挤压，在掘进一段距离之后，被注入的砂浆凝固，润滑下降，钢丝刷与管片之间变成刚性接触，在管片拉扯作用力下加速盾尾刷密封损坏，失去密封作用，地下泥水、注入的砂浆会通过盾尾间隙流入盾体，不但给盾构工作带来不便，不能保证注浆效果，造成脱出盾尾的管片位移变形、地层下沉。本文总结盾尾刷更换的施工过程，希望能有一定借鉴作用。

关键词：盾尾刷损坏更换

1、工程概况

1.1项目内容

本段电缆隧道南起220千伏某电站，沿后窖村内规划道路由东向西与广州大道南相交，此后沿广州大道南由南向北，途经广州大道后窖大桥、广州大道车行隧道从及上涌中桥，最终在客村与广州大道南交汇处。线路总长为3090.90m，最小曲线半径为350m，最大坡度19.774‰，隧道埋深约为13~21.6m。

1.2工程、水文地质

本隧道工程场地范围内主要土层从上至下分别为：人工填土、淤泥质土、粉细砂、粉质粘土、中砂、淤泥、粉质粘土、全风化基岩、中风化粉砂岩。盾构隧道洞身位于强~中风化岩层，该岩层岩质较坚硬，盾构施工侧壁能自稳；洞顶主要为粉质粘土、淤泥质土、中粗砂；洞底主要为中~微风化岩薄，该岩层岩质较坚硬，盾构施工侧壁能自稳。

本工程地下分别为上层滞水，水量较低；第二类型潜水，赋存于(2-2)层粉砂、(4)层粉细砂中，具有微承压性，含水量较丰富。其地下混合水位埋深在0.80m~4.10m之间，地下混合水位标高在3.59m～8.24m。

2、盾尾刷损坏情况及原因分析

盾构机掘进至507环时，管片出现漏浆，经初步分析断定，是由于盾尾刷损坏导致的漏浆，对管片进行拆除，进一步确认盾尾刷损坏引起漏浆（见图1、图2）；

2.1损坏情况及原因分析如下：

2.1.1盾尾刷变形、磨损

在盾构掘进过程中，盾尾刷与管片间长时间的磨擦，造成盾尾刷变形、严重磨损。

2.1.2盾尾刷钢丝掉落

管片组装时，由于千斤顶收缩，很易导致盾构机后退,造成盾尾刷刷毛与管片间发生方向相反的运动,使盾尾刷内的钢丝掉落。

2.1.3盾尾刷无弹性（永久变形）

盾尾刷上下两块弹性钢片在与管片长期的挤压状态下会慢慢失去张合力，处于永久变形的状态。

2.1.4泥浆进入盾尾刷钢丝内部

由于同步注浆压力过大，砂浆进入盾尾刷，被注入的砂浆凝固，润滑下降，钢丝刷与管片之间变成刚性接触，在管片拉扯作用力下加速盾尾刷密封损坏，失去密封作用。

2.1.5纠偏不合理，影响盾构机姿态

盾构机掘由于纠偏过急，出现了较为严重的渗漏问题，纠偏过量导致盾构机出现“蛇形”前进现象，致使盾尾间隙一边大一边小，间隙大的一边容易漏浆，挤坏盾尾刷，造成尾刷钢丝超过其弹性变形。

2.1.6管片拼装出现椭圆形

管片拼装后标准为圆形，由于管片拼装操作手的熟练程度不够，将管片拼装成横向的椭圆形，致使管片和盾尾部分地方间隙超标造成盾尾刷磨损。

2.1.7管片错台

由于工人对管片拼装不熟练，造成管片错台严重，特别是在纵缝错台产生后，使得盾尾刷无法紧密包裹在整环管片，形成浆液渗漏通道。虽然盾构推进时盾尾油脂仓内有盾尾油脂填充纵缝，但在较高的压力作用下，将油脂冲脱而击穿盾尾刷，从而大大降低盾尾刷的使用性能。

2.1.8背后注浆

盾构机在掘进过程中,由于操作人员技术不熟练或双液浆配比不合理,使浆液凝固时间过短,造成浆液不能充分填充管片后空隙,而是堆积在注浆口附近,造成注浆通道受限制,后续浆液压力必然剧增,当浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时,就会击穿盾尾刷。

2.1.9盾尾油脂量和压力不足

当盾构机掘进过程，由于盾尾油脂注入系统中的盾尾油脂泵损坏，油脂注入压力不足，导致油脂注入量大大减小，盾尾刷被击穿。另外，在盾构掘进过程中,盾尾刷与管片的摩擦消耗的油脂与掘进速度成正比,速度过快则注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量,若不及时调整油脂泵注脂率,则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不能及时密封盾尾,势必造成尾刷的密封效果减弱。

3、盾尾刷更换注意事项

3.1确定停机位置

根据工程实际地质及工程条件，更换盾尾刷施工前需要重点分析盾构施工所出渣土，确定盾尾刷更换位置，主要包括以下两个方面内容：

（1）盾尾密封更换尽量避免在软土地层更换，因为在盾构机自重的作用下，容易发生载头，一旦发生盾构机载头就较难处理。

（2）盾尾刷更换位置尽量避开地下水丰富的区域，地层应自稳性较好。本次盾构更换盾尾刷的地层如下，隧道以（6-2）粉质粘土为主，地层含水率小，自稳定性较好。

3.2盾尾刷焊接作业防火、个人防护措施要到位

在盾尾刷更换期间，防火是重中之重，作业现场要做好防火措施，防止火星乱串引起火灾，配足灭火器等消防器材，发现有着火趋势立即将其扑灭。同事焊接作业产生大量的浓烟以及辐射，工人需要做好相关防护措施。

3.3封堵盾尾后方来水及防涌水应急措施

盾尾刷拆除更换，存在很大的涌水风险，因此在管片拆除进行盾尾刷更换前，要做好临近盾尾管片注浆，封堵盾尾后方来水，现场还是要准备抽水泵等应急设备，做好涌水防治应急预案。

3.4盾尾刷更换施工要严格控制盾尾刷的焊接精度

（1）严格控制盾构推进的纠偏量,尽量使管片四周的盾尾间隙均匀一致,减轻管片对盾尾刷的挤压程度；

（2）控制盾构姿态,严格控制管片组装时的千斤顶伸缩量,避免盾构产生后退；

（3）在条件允许的情况下,可更换第三道即最里面一道盾尾刷,以保证盾尾刷的密封性，盾尾刷焊接。

3.5盾尾刷更换后油脂涂抹质量

当换的盾尾完成焊接并验收合格之后，要认真进行涂抹盾尾油脂，每更换一块盾尾刷就手抹一块油脂，在盾尾刷与盾尾之间从连接处向后5cm范围内涂抹手抹油脂，金属丝刷与钢片之间、金属网两侧必须抹满油脂，以钢丝刷之间油脂饱和无遗漏为准，完毕之后要有专

人进行检查合格后，方可进行拼装管片。

3.6严格控制管片二次拼装质量

管片的拆除及二次拼装是十分关键的步骤，在进行此工作时，需派专人监督，不能盲目施工，发现问题后及时处理，报装拼装的精度。

4、小结：

盾构尾刷更换是万般无耐下的措施。应重点从加强油脂注入、控制注浆压力、盾构姿态及控制盾尾间隙做好控制，从而延长盾尾刷的寿命。

参考文献：

［1］竺维彬，鞠世健．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