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摘要：本文以本文以南京纬三路过江隧道工程为依托，通过技术研究及施工实践，提出了解决超大泥水平衡盾构长距离穿越江地施工中盾尾防渗漏问题的技术要点。
1.工程背景
本工程采用超大直径泥水平衡盾构机，开挖直径为15020mm，经过后续400余环的掘进后，外侧两道尾刷损坏已经很严重，更换前的尾刷已经失去作用，油脂槽内多为泥砂，同时钢丝刷保护钢板30%脱落丢失，钢丝刷内油脂数量很少且均以失效，多为泥砂。掘进21天期间出现多次盾尾渗漏情况，具体位置及我部采取措施如下表1所示：
表1：更换尾刷后盾尾渗漏统计
序号渗漏位置采取措施
126#、27#油缸位置注入堵水油脂
225#、26#、27#28#油缸位置海绵条封堵
311#、12#、13#油缸位置堵水油脂配合海绵封堵
412#、13#油缸位置注堵水油脂
54#、5#油缸位置注堵水油脂
2.盾尾设计概况
本台盾构机盾尾密封是由装在盾构主机最后部内侧的2排螺栓安装式钢丝刷和3排焊接安装式钢丝刷构成。盾尾钢丝刷示意图如图1所示。盾尾壳体与钢筋混凝土管片设计间隙为50mm。盾尾外径为14930mm，盾尾内径为14600mm，盾尾钢板厚度为100mm、120mm，材料型号为Q345E，盾尾密封压力设计值为1.0Mpa，盾尾油脂注入管设置为14个×4列，直径为40mm。
图2：失效尾刷图
4.施工措施
4.1掘进参数控制
经过计算的掘进压力，为了减少盾尾压力，均采用压力设定的下限值即主动土压力计算。
施工中合理控制切口压力尽量减小压力波动，同时选择合理的掘进速度，保证掘进过程中同步注浆、油脂注入量满足要求为主。依据施工经验，主要地层条件下掘进速度控制如下：
4.2同步注浆
根据施工经验，同步注浆量取盾构开挖环理论空隙的1.4~2.0倍，取切口压力+（0.6~1.0）Mpa为注浆压力，出口压力控制在1Mpa以内。如盾尾密封的压力不足以抵抗浆液压力，就会导致击穿盾尾油脂仓，浆液即从盾尾窜出。为此，在施工中首先必须严格控制好同步注浆浆液配比，加密现场试验的检测频率，保证浆液稠度控制在8cm~12cm，同时密切关注注浆压力波动情况，当发现压力骤增并超过限值时应立即停止注浆，及时查明原因后再进行注浆。
4.3 加强二次注浆
对脱离出盾尾的管片及时进行监测，根据监测结果及时补充注浆，防止管片背后造成渗流通道，避泥砂对尾刷造成损害。
一般情况下二次注浆采用水泥浆，水泥浆水灰比控制在0.8：1~1：1之间为宜，特殊情况下即在大孔隙比地层中适当掺入水玻璃，注浆采用压力及注浆量双控的方式。
严密查看同步注浆记录，针对同步注浆数量较少的孔位计算出理论补充量，严格按照理论注浆量计算每孔的浆液量值，同时根据实际管片二次注浆孔位置，适当情况下补充二次注浆量。
在压注过程中控制终压最高压力不超过4.0Mpa，在二次注浆数量或者二次注浆压力有一个条件满足时，停止注浆。
4.4 姿态控制
在掘进过程中，受地层沉降、盾构掘进曲线半径或管片拼装误差等的影响，容易产生管片拼装变形及管片错台，管片变形后整体轮廓呈椭圆形，盾尾密封包裹管片的严密性下降，盾尾间隙增大易形成渗漏通道，同时管片在特殊情况下受压破损后的混凝土残块有有可能被带进盾尾密封仓从而磨损盾尾刷，尾刷空隙增大也容易形成渗漏通道，所以，加强管片选型和拼装质量是保护尾刷间接的有效措施，控制好盾构姿态显得尤为重要，同时通过测量盾尾间隙、研究盾构姿态、结合千斤顶读数步骤可有效控制管片选型，管片拼装前对盾体内的渣土应进行有效清除，有效控制错台。
在拼装过程中及时测量管片与盾体间的空隙，控制在110mm~120mm之间，最大数值不得超过150mm，最小不得小于90mm。
4.5保证盾尾油脂量和压力
盾构掘进过程中，油脂起到盾尾刷与管片间隙的密封作用，油脂量和注入油脂的压力是两项主控指标，指标不满足要求时将造成尾刷的密封效果减弱甚至失效，造成盾尾渗漏。施工过程中要加强油脂仓管控，及时补给油脂仓油脂。一旦发生漏浆后，应对漏浆处采取手动注入油脂的方式。目前注入油脂压力控制在6~7Mpa，油脂仓压力不足时自动补充，每环注2~3桶油脂。
4.6油脂仓的定期检查
为保证油脂仓空间体量和仓内压力，应定期对盾尾进行全仓处理，从内圈开始清除仓内杂物，当油脂内仓对准管片注浆孔时，从上往下在内圈单孔打油脂，把相邻孔逆止阀打开至干净油脂溢出后停机，再从溢出孔处继续打油后把相邻孔打开，依次环向进行一周。继续掘进，当油脂外仓对准管片注浆孔孔时，在外圈进行上述操作。如此反复，直至将盾尾4个油脂仓内油脂全部处理完成。
4.7纠偏控制
盾构机在纠偏过程中，容易姿态调整过量导致盾构机左右“蛇形”前进，出现两侧空隙不均，如间隙过大则容易漏浆，间隙过小则容易挤坏盾尾刷，使尾刷产生塑性变形破坏，超过间隙限值则会导致密封失效漏浆。另一方面，如盾构纠偏过于频繁，盾尾间隙频繁变化，空隙大的一侧油脂补给不及时，很容易造成空隙，使泥水、砂浆窜入结块后磨损坏盾尾刷。
在掘进过程中应避免较大程度的纠偏及随意转换盾构姿态，保持与设计线路相同的掘进趋势，根据施工经验，应控制每环的纠偏量不超过20mm。
因此，一方面要谨慎控制盾构纠偏量，提前谋划纠偏线型，使管片四周的盾尾间隙尽量保持均匀，尽量避免管片挤压盾尾刷导致破坏；另一方面要严格控制管片拼装时的千斤顶伸缩量，避免盾构产生后退。掘进过程中控制重点应为保证盾尾间隙。
4.8发生渗漏时的应急措施
（1）针对渗漏位置和相邻位置增加油脂注入量，若泄漏过大，则适当加大油脂注入量，同时观察渗漏情况，如仍无效果时更换防水油脂，针对渗漏位置和相邻位置注入。同时根据情况适当进行掘进，以调整盾构姿态与管片姿态，使盾尾间隙趋于合理。
（2）根据渗漏情况，利用海绵条对漏浆部位进行封堵，方法为将海绵条塞置于盾尾渗漏处的管片与盾尾空隙处。并且在管片拼装中于管片外弧面安放海绵。在渗漏量较大且有多点渗漏的情况下，先封堵渗漏量较小的渗漏点，依次封堵完成后，至渗透点较大处在封堵完成后可采用沙袋压至封堵完成的渗漏较大处。在渗漏量较小的情况下采取多点同时封堵。
（3）在注入油脂后，盾尾仍出现大量渗漏现象时，立即采用海绵条等进行封堵，然后慢速掘进使管片二次注浆孔对准盾尾刷位置，压注聚氨酯，同时经前一环管片二次注浆孔内压注聚氨酯，直到将泄漏完全密封。
压注时压力由低逐渐变高，最大压力不得超过5Mpa，超过5Mpa后立即停止注浆，更换渗漏点附近的其它注浆孔继续压注，必要时可在其后面一环管片临近的注浆孔上开一个观测孔，若聚氨酯从观测孔流出，渗漏未停止的情况下关闭观测孔继续压注。
5.结论与展望
（1）盾尾刷损坏是超大直径盾构机长距离掘进过程中的重点和难点，尤其在穿越江河湖海施工中，盾尾漏浆将导致水土涌入隧道，对施工造成极大的祸患，甚至造成盾构机破坏，盾尾刷的保护是盾构掘进中的重要任务，是防止施工风险的关键所在。
（2）盾构机采用的尾刷应适应工程地质特性，在盾构选型阶段应依据穿越地层特性对盾构尾刷进行严密的设计研究，对盾构尾刷性能要求仍需进一步的研究探索。
参考文献：
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论文作者:忽慧涛,邵海龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
标签：管片论文; 盾构论文; 油脂论文; 注浆论文; 压力论文; 间隙论文; 位置论文; 《防护工程》2019年9期论文;