一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法与流程

本发明涉及一种土木施工方法，尤其涉及一种一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法。

背景技术：

隧道的盾构法施工具有安全、高效、环境影响小等诸多优点，现已被广泛应用于地铁隧道、公路隧道以及市政管线工程的建设中。盾构法通过盾壳支撑盾构机周围土体，并采用密封措施防止外部土体、水或注浆浆液入侵盾构内部。盾构密封措施主要用于盾构主轴承、盾体铰接以及盾尾三个关键部位，其中盾尾密封是保证盾构机内部与地下水之间隔离的重要屏障。

目前盾构盾尾密封通常采用尾刷+填充油脂的形式，尾刷一般有2-4道，尾刷与盾体、管片之间形成密闭油脂腔，空腔内注入油脂并建立油脂压力进行密封，起到保护盾尾、防止盾尾变形以及防止管片外水土流入隧道的作用，同时油脂可以起润滑和保护钢丝刷的作用，确保隧道施工安全。然而，在盾构掘进过程中，由于密封油脂加注不足、盾构姿势调整不当等原因，很有可能造成盾尾密封刷的损坏；盾构长距离掘进、急曲线施工过程中，盾尾刷也可能由于磨损消耗大，失去密封作用。盾尾损坏导致渗漏，严重时可能导致大量涌水、涌砂以及地表沉降，引发重大安全事故。

因此，及时更换损坏的盾尾刷是保证盾构防水密封的必要措施。在盾构掘进过程中，盾尾内始终有两环管片没有脱出，盾尾钢丝刷藏在管片背后难以更换，所以需要拆除盾尾管片暴露盾尾刷。受到千斤顶形成和盾构机结构的限制，盾尾密封检修一般只考虑更换前道盾尾刷，如果推进油缸的行程太大，容易将3道盾尾刷全部暴露，造成漏水、漏浆。所以，在盾尾刷更换工艺中，需要设置检修环，并精确控制推进油缸的行程，将前道盾尾刷推到检修环后，拆卸部分检修环管片暴露前道盾尾刷，从而达到拆除、更换盾尾刷的目的。通过布置检修环，也可保证盾构前方的切口压力，保障盾构机头的稳定性。

然而，超大直径盾构隧道在进行长距离、急曲线施工过程中，盾尾刷的磨损问题几乎不可避免，而且一般都是大范围的磨损与损坏。而盾尾刷如不及时进行更换，盾尾渗漏可能导致地基沉降、开挖面失稳、盾构内部涌水涌砂等问题，严重威胁施工生产的安全。所以，隧道在设计规划时应尽量避免小曲率转弯半径，但实际情况是在繁华的大城市，大楼或高架桥桩基林立，隧道规划设计中对这种小曲率隧道设计很难避免。

但是，目前的盾尾刷更换工作存在诸多难点：首先，由于检修环管片间隙小，狭小的空间给管片的拆卸带来很多困难；其次，检修环拆卸过程会造成周围压力不均匀分布，从而导致盾尾偏移，形成管片错台与破损；另外，拆卸检修环时，抬起过多推进千斤顶容易造成盾构机回退。所以，由于检修盾尾钢丝刷时间长，涉及工序、工作面较多，如何提高盾尾刷的更换效率，同时保障盾尾刷更换期间盾构机和施工人员的安全，是目前盾尾刷更换技术中亟需解决的难题。

现行的大直径盾构的盾尾刷更换，过去采用多次停机更换的方法，盾尾密封出现磨损需要更换，采用了多次分部更换盾尾刷的方法，全部过程至少需要停机5次，设置5次检修环，每次只能检测、更换封顶块与邻接块区域的盾尾刷，每次停机仅仅能检测、更换检修环封顶块和2块邻接块扇形区域的盾尾刷，通过多次设置检修环(封顶块角度位置不同)，才能实现对全部前道盾尾刷的更换。

此传统方法有如下缺点：

1)在复杂地层条件，尤其是高水压条件下停机更换盾尾刷的安全风险极大。所以盾尾刷更换一般选择地层条件好、地下水不丰富、地上无建(构)筑物的位置。而找到5处连续理想的停机位置是十分困难的。

2)停机检查次数过多，拖慢施工进度，对施工组织的要求高，效率低下。

3)频繁停机增加了盾构机刀盘卡死的风险，施工安全风险也相应增加。除此之外，现行也还有冻结法更换盾尾刷的工法，是采用冻结法更换盾尾刷的工法，使盾构尾部形成一圈冻结帷幕，封堵盾尾缝隙外水土，但然，以冻结法更换盾尾刷的工法，需要预制特殊的埋设有冻结管的管片，施工成本较高，且冻土帷幕的形成时间较长。另外，由于盾构管片纵缝接头的存在，冻结管在管片环向并不连续，存在冻土帷幕的薄弱点，存在较大的渗漏隐患。

基于现有的盾构机替换盾尾刷的方法，发明人提出了有效的解决方案，以克服前述的种种困难。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法，主要包括了以下步骤：

检修环拚装：以拚装封底块为基准，分别向封底块的两侧的检测环管片移动一个螺杆孔位形成一缝隙，并以封底块的左、右两侧的管片交互拚装，直到将检修环拚装成环状；

推进检修环：当前述的检修环拼装完成后，使检修环推进一段检修距离，让第一道盾尾刷到达检修环后的更换位置；

替换盾尾刷：按前述以封底块的左右两侧交互拚装的顺序替换盾尾刷，每次只拆除一块管片，更换完成单块管片处盾尾刷后，恢复管片至原位置后，再拆除下一块管片，以此循环直至最终封顶块拼装完成。

优选的是，所述的一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法，在替换盾尾刷步骤后，进一步包括有注压盾尾油步骤，其中，在检修环组装成环后利用油脂泵向盾尾内压注盾尾油脂，直到各盾尾油脂压力传感器显示的压力值达到密封要求为止。

优选的是，所述的一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法，在检修环拚装步骤中，缝隙约为60cm。

优选的是，所述的一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法，在推进检修环步骤中，检修距离大约为75cm。

本发明所提供的一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法的优点在于，在拼装检修环过程中，以拚装封底块为基准使两侧形成缝隙，以保证后续检修盾尾刷时，使检修环的管片便于拆卸，并且在组装其他管片时，保留封顶块不拼装，解决了封顶块不易拆除的问题，并通过前述的一次性在更换所有的管片时同时替换盾尾刷，相对于过去多次停机分区域更换的方法，本发明的方法具有施工效率高、安全风险低等多种优点。

附图说明

图1为现有的盾尾刷的示意图；

图2为本发明拚装检修环的动作流程图；

图3至图5为本发明推进检修环的动作示意图；

图6为本发明替换盾尾刷的平面示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明之较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

本发明的一实施例中所提供了一种一次性更换盾构机第一道盾尾刷的方法，包括有检修环拚装、推进检修环、替换盾尾刷等步骤。

在进行本发明的方法之前，应确认以下的盾尾刷更换前准备工作，包括有：

(1)盾构盾尾刷损坏情况判别

a.当发现盾尾刷护板脱落损坏时；盾尾发生明显漏浆、油脂溢出盾尾等现象时，需要采取措施更换盾尾刷；

b.当发现同步注浆压力参数异常、注浆量与理论值偏差较大；盾尾油脂无法保住压力时，需要检查盾尾密封是否已经失效。当发现盾构水平和高程变化，导致盾尾间隙变化超出合理范围，也需要检查盾尾是否发成渗漏。

(2)盾尾刷更换风险源识别

本次采用一次更换盾尾刷的方法，一次更换中需要长时间的停机，必须要求盾构停机位置的相对稳定。尽量选择地层稳定性好、地层隔水性好或无承压水、地下水含量少、地面无建(构)筑物以及设计线路为直线的位置，避免因停机时间长引起的地面沉降以及漏水漏浆问题。

(3)停机前盾构姿态控制

盾构应沿着设计轴线保持平稳推进，减少纠偏，减少对正面土体的扰动。在更换盾尾刷之前，要调整盾构姿态，保证盾尾间隙的一致性，同时确保推进油缸的行程差不超过30mm。盾构尽量做到低速、匀速推进，防止出现正面土体不稳定等问题。在停机前的施工过程中，加强盾构姿态监测，发现盾构机推进姿态发生变化，应及时调整推进千斤顶各区域油压，保证盾构机姿态的平稳性。

(4)切口水压控制

在停机时，为了防止切口水压波动大，导致正面土体的流失，应设置合理的切口水压力值并在实际操作过程中尽量控制压力波动范围，要求盾构推进控制室有关操作人员把切口水压波动值控制在-0.005mpa～+0.005mpa之间。实际操作中，根据监测信息，作及时调整。

(5)泥水质量控制

为了加强对正面土体的支护能力，防止盾构超挖，在推进过程中，应严格控制泥水质量。做好盾构停机的保压工作。仓内泥水压力适当高于外部土水压力，同时保证前仓的泥水黏度，以保证泥膜和掌子面的稳定性。

(6)同步注浆控制

在停机前，加大注浆压力和注浆量，按照常规盾尾同步注浆量的1.5倍控制，且注浆压力大于2倍的外部水土压力。施工过程中应配置性能良好的浆液，并定期检查有效的注浆量和浆液的特性，如比重、剪切强度、塌落度等，确保压注出的同步注浆的浆液质量。

(7)注浆止水措施

盾尾刷更换过程中要严格预防管片背后来水，在盾尾2-5环后进行背后注浆，应用双液浆做至少3道止水，将管片与地层之间的流水通道完全封死，同时注浆位置不易过于靠近盾尾，防止浆液将盾尾固住，导致盾构机无法脱困。

(8)施工保障措施

由于检修盾尾钢丝刷时间长，涉及工序、工作面较多，将密切观察补液保证盾构开挖面及地面环境的稳定，盾构操作人员密切关注切口压力变化，每隔1个小时记录一次气泡仓液位，设备维保人员每天定时检查空压机工作情况，确保始终有一台空压机处于工作状态；当气泡仓液位低于设定值(中心0m)1m，即对泥水仓内进行补液至设定值；当气泡仓压力低于设定值0.05bar时，立即检查空压机运行情况，确保开挖面的稳定。

在确认前述的准备工作均完成之后，可以开始进行检修拚装环步骤，在此步骤当中，检修环的拼装采取特别拼装方法，首先，需以拚装封底块为基准，分别向封底块的两侧的检测环管片移动形成一缝隙，并以封底块的左、右两侧的管片交互拚装，直到将检修环拚装成环状，本发明中不限于以左、右的先后顺序拚装管片，亦可为以封底块的右、左顺序进行拚装。

较佳的是，如图2所示，首先拼装封底块b4为基准，使b4左、右两侧的b3、b5块的拼装向各自两侧移动一个螺杆孔位形成一个缝隙，以直径15m盾构为例，缝隙大约在60cm。该缝隙可以保证后续检修盾尾刷时，使检修环的管片便于拆卸，在封底块b4、b3、b5留下缝隙后，接着按照b2→b6→b1→b7→l1→l2的顺序，分别以标准方式拼装管片，使各管片互相紧靠，其中，封顶块f不拼装，以解决封顶块f不易拆除的问题。

如图3至图5所示，推进检修环步骤中，当前述的检修环拼装完成后，使检修环推进一段检修距离，以直径15m盾构为例，检修距离大约为75cm，让第一道盾尾刷到达检修环后的更换位置。

如图2及图6所示，在替换盾尾刷步骤中：按前述以封底块的左右两侧交互拚装的顺序替换盾尾刷，较佳的是，按以下顺序分别检修b4→b3→b5→b2→b6→b1→b7→l1→l2各管片背后所对应的盾尾刷，每次只拆除一块管片，更换完成单块管片处盾尾刷后，恢复管片至原位置后，再拆除下一块管片，以此循环直至最终封顶块f拼装完成。

其中，如图6所示，在替换盾尾刷步骤中，具体还应包括有以下的操作步骤：

a.重新安装盾尾钢丝刷前，必须将盾尾清理干净，并检查盾尾油脂压注管路是否通顺。

b.检查钢丝刷情况，对损坏的钢丝刷，拆除m12的固定螺母。

c.移出需要更换的盾尾钢丝刷压板,拆除损坏的钢丝刷。

d.检查焊接螺钉，将损坏的焊接螺钉割除，并清理打磨后更换新件。

e.动火作业时，需要对伸出的油缸活塞杆进行保护措施，铺设防火用的石棉布等。

f.再按步骤将钢丝刷、压板、螺母安装至盾尾内。

g.对修复的盾尾刷在拼装管片前拼装范围内手涂油脂上手涂盾尾油脂，油脂涂抹分4层，盾尾刷前后外侧钢片处各一层，中间钢丝网两侧各一层，每层均要涂抹到底部；在钢丝刷根部涂抹油脂，同时将钢丝刷之间的间隙也填充满前述步骤完成后，进一步还应包括有注压盾尾油步骤，其中，在检修环组装成环后利用油脂泵向盾尾内压注盾尾油脂，直到各盾尾油脂压力传感器显示的压力值达到密封要求为止。

本发明主要为国内超大直径盾构隧道在长距离复杂地层施工中，盾尾刷更换频繁、更换难度与风险大等问题，提出了一种有效的解决方案，相对于过去多次停机分区域更换的方法，本发明的方法具有施工效率高、安全风险低等多种优点。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。