盾構(gòu)機(jī)尾刷更換技術(shù).doc

盾構(gòu)機(jī)尾刷更換技術(shù)楊 磊（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司）摘 要 盾構(gòu)法施工以質(zhì)量好、施工安全、掘進(jìn)快速、對(duì)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)，影響了盾構(gòu)法施工的掘進(jìn)質(zhì)量。如何在盾構(gòu)施工中途進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換，是本文探討的課題。關(guān)鍵詞 盾構(gòu)隧道；尾刷更換1 引言盾構(gòu)法施工是修建隧道的一種先進(jìn)方法。最近十多年來，隨著我國隧道和地下工程的快速發(fā)展，盾構(gòu)法施工也得到了快速發(fā)展，尤其在城市地鐵、水利水電隧洞中越來越多應(yīng)用盾構(gòu)法修建。盾構(gòu)法施工以其質(zhì)量好、施工安全、掘進(jìn)快速、對(duì)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，隧道穿越高樓、高架橋、重要建筑物等頻繁，這給控制地面沉降帶來了許多難題，也提出了更高的技術(shù)要求。然而，作為控制地面沉降主要手段的同步注漿，卻常常因?yàn)槲菜⒌膿p壞難以達(dá)到控制地面沉降的目的。本文結(jié)合廣州地鐵六號(hào)線盾構(gòu)二標(biāo)工程實(shí)例，探討如何在盾構(gòu)施工中途進(jìn)行盾構(gòu)尾刷更換，以更好的控制地面沉降問題及加快施工進(jìn)度。2 工程實(shí)例2.1 工程概況廣州地鐵六號(hào)線盾構(gòu)二標(biāo)由【大坦沙站如意坊站】和【如意坊站黃沙站】兩個(gè)區(qū)間的盾構(gòu)隧道以及【大坦沙站如意坊站】區(qū)間明挖段、盾構(gòu)井(軌排井)構(gòu)成。明挖段(含盾構(gòu)井)長116.103m；盾構(gòu)隧道全長5115.5單線延米，為雙孔圓形隧道。線路經(jīng)過江心洲并穿越珠江，地面標(biāo)高5.168.50m，地勢(shì)較為復(fù)雜。2.2掘進(jìn)情況廣州市軌道交通六號(hào)線【大黃區(qū)間】盾構(gòu)工程左線盾構(gòu)機(jī)自ZDK5198.382始發(fā)已掘進(jìn)通過了283m全斷面砂層及上軟下硬地層和228.6m全斷面巖層。在掘進(jìn)上軟下硬地層及全斷面巖層中發(fā)現(xiàn)隧道中下部有強(qiáng)度很高的巖層。我部曾經(jīng)分別于2008年1月26日ZDK5+538、2008年2月25日ZDK5588、2008年3月22日ZDK5+715開倉檢查刀具，ZDK5715時(shí)掌子面為全斷面地層，少量滲水。前期掘進(jìn)順利，到后期出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的漏水漏漿現(xiàn)象。經(jīng)分析確認(rèn)為尾刷在掘進(jìn)過程中嚴(yán)重?fù)p壞，必須更換。項(xiàng)目部選擇ZDK5725（拼裝完第348環(huán)后掘進(jìn)120cm）作為換盾尾刷點(diǎn)，該處地質(zhì)情況如下： 厚4.5m； 厚11.6m； 厚3.26m；(夾1.5m厚) 厚0.75m； 隧道頂部 厚6m； 隧道范圍 隧道底部該換盾尾刷處位于紅樓路下，刀盤前方為超市、盾尾后方為海角紅樓圍墻。2.3尾刷更換方案 2.3.1 人員及材料準(zhǔn)備工作更換盾尾刷屬于風(fēng)險(xiǎn)較大的工作，在施工前必須準(zhǔn)備齊全各種所需材料、設(shè)備。序號(hào)材料、設(shè)備名稱型號(hào)數(shù)量備注1盾尾刷200個(gè)2氣刨500KW2臺(tái)采用500KW直流電焊機(jī)3盾尾油脂R906桶用于手工涂抹盾尾刷4CO2保護(hù)電焊機(jī)2臺(tái)用于焊接盾尾刷5鏟刀4把用于清理油脂倉雜物6棉花條用于填塞第三道盾尾刷漏水點(diǎn)7聚氨酯、鋁管、軟管、球閥、泵500Kg用于盾尾止水8彩鋼瓦3張用于遮蓋拼裝機(jī)9滅火器ABC4個(gè)用于救火搶險(xiǎn)材料、設(shè)備表序號(hào)工種人數(shù)職責(zé)備注1管片拼裝工6負(fù)責(zé)管片拼裝、拆除3人/班2電焊工8負(fù)責(zé)切除損壞盾尾刷，焊接新盾尾刷2人/組， 2h/組3注漿工8負(fù)責(zé)盾尾二次注漿4人/班4抽水工2負(fù)責(zé)土倉、盾尾抽排水1人/班5雜工6清理油脂倉雜物、涂抹盾尾油脂3人/班6土木工程師2判斷掌子面圍巖、檢查油缸行程、檢查盾尾刷焊接質(zhì)量、盾尾刷油脂涂抹質(zhì)量1人/班7盾構(gòu)操作手2控制盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，配合其他操作1人/班8值班經(jīng)理2協(xié)調(diào)地面、井下、物資1人/班人員準(zhǔn)備及職責(zé)2.3.2難點(diǎn)分析（1）由于地層在掘進(jìn)過程中受擾動(dòng)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)，地層經(jīng)擾動(dòng)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?，盾?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）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，上一環(huán)管片在千斤頂?shù)淖饔昧ο乱呀?jīng)擠壓密貼，很難將管片拆除漏出2道尾刷。（4）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。2.3.3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(duì)的技術(shù)措施，如： （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(duì)停機(jī)地層進(jìn)行分析，宜選擇相對(duì)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，在有可能的情況下，可以在預(yù)計(jì)停機(jī)更換盾尾刷的里程提前開倉檢查地層是否與分析的情況一致，如果檢查可以換尾刷，則繼續(xù)掘進(jìn)至盾尾位于先前開倉位置。在掘進(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34環(huán)打開吊裝孔進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，盾尾漏漿漏水時(shí)，采用海綿條或注入聚氨酯進(jìn)行封堵，確保盾尾處地層的注漿比較飽滿密實(shí)，起到對(duì)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，可準(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。如果盾構(gòu)機(jī)前方掌子面圍巖穩(wěn)定，則可以將土倉內(nèi)的土排空，使土倉處于空倉狀態(tài)，消除土倉壓力對(duì)盾構(gòu)機(jī)施加的作用力。（3）為了便于拆除管片，可以先拼裝5塊管片，封頂K塊暫時(shí)不安裝。（4）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(duì)周圈盾尾間隙進(jìn)行量測(cè)，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。2.4工程實(shí)施 2.4.1 加固及止水漏出盾尾刷前，對(duì)盾尾后346環(huán)管片進(jìn)行二次注漿，減少或止住盾尾漏水，拆除管片后，沿盾尾一周用棉花條填塞最后一道盾尾刷與管片的縫隙，并按80cm100cm間距埋入10mm軟管，進(jìn)行聚氨酯注入（聚氨酯注入壓力2bar），徹底封堵盾尾后來水。同時(shí)根據(jù)此時(shí)刀盤前圍巖為微風(fēng)化巖層，且隧道頂部為4m厚、巖層的情況，土倉碴土出空，并打開人閘，用1臺(tái)2.2KW水泵不間斷的將土倉內(nèi)積水排出，確保刀盤前方水不向盾尾流。2.4.2露出盾尾刷由于我項(xiàng)目部盾構(gòu)機(jī)盾尾共設(shè)三道尾刷（見下圖），推進(jìn)千斤頂最大伸長長度為S=2000mm，正常推進(jìn)無法露出盾尾刷，因此采取拆1環(huán)管片的辦法露出盾尾刷。盾構(gòu)機(jī)拼裝完成第348環(huán)（不拼裝K塊）后再掘進(jìn)1200mm，在第346環(huán)進(jìn)行一次二次注漿，確定盾尾不漏水后拆除348環(huán)，露出2道盾尾刷。在推進(jìn)過程中由土木工程師仔細(xì)觀察348環(huán)K塊位置盾尾刷露出量，當(dāng)?shù)?道盾尾刷完全露出后，立即通知操作手停止掘進(jìn)。盾尾刷示意圖2.4.3拆除管片確認(rèn)2道盾尾刷可以全部露出后，由拼裝手拆除管片，按照CBA3A1A2順序拆除348環(huán)管片，將2道盾尾刷全部暴露。此時(shí)發(fā)現(xiàn)盾尾有漏水，立即用棉花條沿著最后一道盾尾刷將其與管片間縫隙填塞，并按80100cm間距安裝軟管，進(jìn)行聚氨酯注入。2.4.4清理盾殼及油脂倉管片拆除后，立即進(jìn)行清理工作，2人同時(shí)用鏟刀將盾殼、油脂倉內(nèi)附著的砂漿、油脂等雜物清理干凈。在清理雜物同時(shí)，檢查油脂注入孔是否暢通。2.4.5切除損壞的盾尾刷由電焊工2人一組，采用氣刨將盾尾刷切除。切除前用彩鋼瓦將拼裝機(jī)油管、電纜等部分遮蓋，避免電渣損壞設(shè)備。切除時(shí)由上往下，由外而內(nèi)切除，逐個(gè)取出損壞的盾尾刷。切除完成后將盾尾刷位置雜物清理干凈，并確保干燥。2.4.6新盾尾刷焊接全部切除并清理完成后，開始焊接新盾尾刷。仍是2人1組，每組2小時(shí)，每班2組人。焊接時(shí)，先焊接第2道盾尾刷，且起點(diǎn)位置為3點(diǎn)位，收點(diǎn)位置同樣為3點(diǎn)位。第1道盾尾刷在第2道焊接完成后焊接，起點(diǎn)位置為9點(diǎn)位，收點(diǎn)位置同樣為9點(diǎn)位。盾尾刷安裝順序?yàn)橐来未罱影惭b，在最后1塊焊接時(shí)，尾刷稍寬，經(jīng)過仔細(xì)量測(cè)后按尺寸切除，確保兩塊尾刷之間有足夠搭接長度。焊接采用CO2保護(hù)焊，每組中1人在前擺放盾尾刷并點(diǎn)焊，另1人將盾尾刷焊牢。焊接質(zhì)量經(jīng)過土木工程師驗(yàn)收后進(jìn)行油脂涂抹。2.4.7盾尾油脂涂抹在盾尾刷全部焊接完成后開始盾尾油脂涂抹工作。每班3人同時(shí)進(jìn)行盾尾油脂涂抹作業(yè)，涂抹油脂采用WR90型手涂盾尾油脂。涂抹時(shí)分層將鋼絲刷撥開后填入油脂，涂抹后每層油脂填塞飽滿，不掉落、不漏涂。油脂涂抹質(zhì)量須經(jīng)土木工程師檢驗(yàn)合格后進(jìn)行管片拼裝。2.4.8管片拼裝在盾尾刷手涂油脂驗(yàn)收合格后，拼裝第348環(huán)管片，管片拼裝前量測(cè)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。重新拼裝348環(huán)管片。管片拼裝完成后，用盾尾油脂泵向油脂倉內(nèi)注入油脂。2.4.9恢復(fù)正常掘進(jìn)當(dāng)油脂倉油壓達(dá)到10bar以上時(shí)取出土倉內(nèi)水泵、關(guān)閉土倉人閘，恢復(fù)正常掘進(jìn)。正常掘進(jìn)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意同步注漿壓力不得超過3.0bar，以免擊穿盾尾，再次造成盾尾刷損壞。3、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、