426标盾尾刷洞内更换换一道要点.docx
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426标盾尾刷洞内更换换一道要点
武汉市轨道交通四号线二期工程土建第六标段
（十里铺～七里庙区间）
盾尾刷洞内更换施工方案
编制：
审核：
武汉市轨道交通四号线二期六标项目经理部
二Ｏ一三年八月
一、工程概况
武汉市轨道交通四号线二期六标十里铺～七里庙区间由十里铺站出发以直线段前行，然后接曲线半径为1200m的曲线段，最后以直线段进入七里庙站。
隧道区间左线长度为1037.404m，右线长度为1039m，隧道埋深10～16.2m。
盾构区间圆形隧道外径为6m，内径为5.4m，管片宽度为1.5m，厚为300mm；管片的分割数是“3+2+1”，即分块形式为3A（67.5º）+2B（68º）+K（21.5º）。
盾构推进过程中，盾尾间隙单侧较小，盾尾刷长期受管片外弧面磨损，对盾尾刷钢丝磨损极其严重，直接影响盾尾密封效果。
为了保证同步注浆量及注浆压力，控制地表沉降，经研究采取对盾尾第一道尾刷进行更换的措施。
根据目前掘进情况，对区间左右线盾构机盾尾刷进行更换。
由于盾尾密封刷的更换是在隧道内进行，盾尾密封刷始终位于管片背后，而且水文地质条件复杂，更换具有较大难度。
图1盾尾刷构造
二、地质概况
此处地质情况为：
隧道埋深14.5m，隧道范围土层为（6-2）层粘土、（10-1）层粘土、（10-3）层粘土、（11-2）层含粘土粉细砂，管片顶部、底部为（10-1）层粘土。
6-2层粘土：
黄褐色-褐灰色，稍湿，可塑偏硬塑状态，压缩性中等，含氧化铁及灰白色高岭土，场地局部缺失，层顶埋深0.60～5.8.0米，层厚1.00～11.50米。
10-1层粘土：
黄褐色，稍湿，硬塑状态，压缩性中偏低，含氧化铁及灰白色高岭土，在整个场区均有分布，层顶埋深0.90～15.50米，层厚3.80～24.50米。
10-2层粘土：
褐黄-黄褐色，稍湿，硬塑状态，压缩性中偏低，含少量灰白色高岭土及大量铁、锰质氧化物及其结核，局部可塑状态。
底部局部夹少量碎石约10%，碎石粒径0.3～2.5cm，成份为硅质岩。
在里程AK6+900-AK7+500均有分布，层顶埋深18.50～25.50米，层厚2.50～14.40米。
10-3层粘土：
褐黄-黄褐色，稍湿，硬塑，压缩性中偏低，含少量灰白色高岭土及大量铁、锰质氧化物及其结核，局部为可偏硬塑。
间夹5%左右碎石，粒径0.2～1.8cm，成份为硅质岩。
AK7+500-AK8+063均有分布，顶埋深22.00～30.00米，层厚4.50～14.00米。
11-2层含粘土粉细砂：
褐黄-灰黄色，饱和，中密到密实状态，压缩性中偏低，粘土呈褐黄-棕红色，可塑，粉细砂呈中密～密实状态，在场地内均有分布，层顶埋深29.00～39.00米，层厚1.70～28.00米。
三、水文概况
十七区间左线主要穿越（10-1）粘土层、（10-2）粘土层，右线主要穿越（10-1）粘土层，其中（6-1）层粉质粘土、（6-2）层粘土、（10-1）层粘土、（10-2）层粘土、（10-3）层粘土属相对隔水层，（11-2）层在垂直方向上属微透水～弱透水层。
孔隙承压水主要位于（11-2）含粘土粉细砂层及以下各砂类土含水层中，其对隧道底板突涌稳定性有一定影响，是盾构推进的不利土层。
四、盾尾刷更换原因
盾构机在掘进过程中，特别是在长距离在硬土质下掘进时，往往会由于盾尾密封油脂加注量不足、泡沫改良不好土质较硬等原因，致使盾尾密封刷损坏。
盾构机盾尾密封刷构造见图1。
从图1可以看出，盾尾有3道密封刷，盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂，保证盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出，同时防止地下水渗漏到盾构机内。
如果盾尾密封性能不良，会给施工带来很多不利因素。
十七区间敷设于汉阳大道正方，车流量大，若处理不当，影响注浆效果，导致地面大幅度的沉降，后果不堪设想，所以我们必须解决盾尾密封问题。
五、盾尾刷的破损位置及程度检查
根据盾尾密封失效时盾尾涌水的位置和涌水量的大小来确定密封刷的损坏部位和损坏情况，从而确定所需更换密封刷的数量及需要的时间，进行合理安排。
一般情况下为盾尾底部及下部左右450位置的密封刷损坏情况较为严重。
由于检修、更换盾尾密封刷存在一定的施工风险，所以施工前务必掌握盾构机所处的位置，结合地质条件，必要时提前进行地面加固后再筹划检查、更换盾尾刷；盾尾一共有三道密封刷，第三道（最后一道）密封刷在推进施工中是无法检修的，中间那道密封刷的检修风险较高，一般情况下，检修盾尾密封刷只检查第一道。
鉴于本区间的实际情况，通过综合风险评价，决定对第一道盾尾刷进行更换，确保对汉阳大道地面沉降有力控制。
六、实施方案
1、更换前掘进及管片拼装
1.1纠偏
在更换盾尾钢丝刷前，需要保证盾构机与管片有一个较好的姿态，保证盾尾与管片四周的间隙（7cm左右）均匀。
通过4～5环左右盾构调整姿态，管片纠偏使之得以实现。
1.2盾尾注浆
由于盾构机在更换盾尾刷阶段接近软土层，盾尾密封处于薄弱阶段。
为了防止露出尾刷后，地下水从盾尾直接进人隧道，影响作业，所以要进行管片背后注浆，即在停止推进前3-4环中加强二次注浆，从每块管片的注浆孔内进行二次注浆，停止推进后对后5-6环再次进行二次注浆，注浆配比水:
水泥=1:
1.2。
待水泥浆注入6小时后，再注入注发泡聚氨酯，注入压力为0．5Mpa，保证其理想状态下的整环密封，形成第一道挡水环箍，可采取跳环注浆，穿插进行。
为防止盾构机涌水的风险，在停止掘进前采用注发泡聚氨酯，在盾尾后的一环管片压注聚氨酯，形成第二道挡水环箍。
水溶性聚氨酯注浆材料物理性能
序号
性能
单位
指标
1
比重
g/cm3
1.067-1.088
2
黏度
25度,No2/60rpm
50-150
3
与水混合比
g/cm3
1/1-1/12
4
硬化泡沫密度
g/cm3
0.5-1
5
膨胀率
倍数
1-12
6
混合时间
与80%水混合，秒
10-30
7
硬化时间
与80%水混合，秒
100-120
8
操作温度
摄氏度
10-40
9
PH值
5.0-5.5
七、盾尾刷更换方案
小松盾构机有三排尾刷，三排尾刷之间形成了2个腔，腔内注满密封油脂，它的作用是防止同步注入的砂浆与地下水通过盾尾流入隧道。
拟采用在盾尾千斤顶焊接一个临时圆管，将盾构机向前掘进，使盾尾第一道尾刷露出已成环管片外，直接将第一道盾尾刷进行整圈进行更换。
1、推进
盾构机完成当前环管片（第一环管片）掘进后继续推进，直至达到盾构机推进千斤顶的最大行程2150mm。
要控制管片与密封刷的相对位置，可以通过控制油缸的行程来间接控制，即油缸行程+圆管长度=第一道密封刷到推进油缸撑靴的距离+换密封刷的间距。
使用圆管8个长50cm，直径30cm，壁厚20mm的临时圆管。
盾构机共有22个推进千斤顶，每隔二个千斤顶焊接一个临时圆管，加长推进千斤顶的行程。
临时圆管焊接完毕后继续掘进，直至第一道盾尾钢丝刷完全暴露。
2、更换盾尾刷
注浆完成后，需对注浆止水效果进行检查，通过2号、3号管片的注浆孔进行检查，确定无水后可实施盾尾刷更换，在拆除l号管片前，2号3号管片必须做好内支撑。
盾尾刷更换施工流程下图所示。
图2更换盾尾刷施工流程图
3、更换过程
在上述的准备工作完毕后，即可进行盾尾密封刷更换。
先正常推进，推进到1m左右，进行圆管的焊接加长千金顶，再进行推进，直到第一道盾尾砂完全露出。
停止推进，直接进行整圈跟换。
跟换完毕后，测量定位，加焊盾尾间隙支垫，在用加长臂进行管片拼装，顶推管片滑行，与上一环距离100mm，对孔、穿螺栓、顶推、新老管片对接、螺栓紧固推进，圆管支撑脱出后割除。
3.1更换盾尾刷时预留出盾环向后3环范围下半圆2-3个注浆孔，并安装球阀，备用漏水后注浆或注入聚氨酯。
3.2暴露盾尾刷，清除盾尾刷之间密封槽内的废油脂与砂浆。
3.3对盾尾刚进行检查，对磨损严重没有使用价值的盾尾刷直接割除，并对割除区域进行磨光处理。
耐磨损较轻只是被砂浆固结的盾尾刷进行清理，清理时采用钢筋钩梳理盾尾刷，盾尾刷清理要彻底。
割除的部分要重新焊接新的盾尾刷，用Φ5mm506焊条对密封盾尾刷进行重新焊接，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3mm。
对盾尾刷和盾尾刷之间的密封槽重新涂抹盾尾密封油脂。
3.4量测盾尾四周间隙并记录，制做尾盾上加焊盾尾间隙支撑圆管，圆管对管片起到支撑作用，避免管片下落到盾壳上，使管片与上一环保持相同的盾尾间隙，确保新安装环与上一环同心。
3.5安装管片，安装管片遵循从下向上安装的顺序，封顶K块选择ll点或l点位置。
当整环拼装完成后，便向后推移管片。
顶推整环拼装管片，与上一环距1OOmm。
在两环管片相距10mm时开始穿入螺栓，管片螺栓从已安装管片穿向新拼管片。
当管片到位时，10组千斤顶同时加力，以便两环管片接触紧密，反复紧固整环所有螺栓。
3.6管片安装到位后，要用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密实的盾尾刷凹槽和盾尾刷。
3.7可设置盾尾油脂泵的工作压力，达到设定压力值后方可停止。
恢复正常推进，焊接的支撑钢板脱出管片后，进行割除，对盾壳做打磨处理。
3.8更换中采取土压保持措施，防止机体重心前移，造成姿态、间隙、盾尾整圆度发生变化。
3.8注意事项
3.8.1在盾构推进到1m左右进行圆管焊接，正常推进至盾尾刷完全暴露后，停止掘进。
临时圆管的推进千斤顶顶紧管片不后缩，防止盾构机后退。
3.8.2首先将盾尾刷上及其盾尾密封空腔的油脂、砂浆等清除干净。
将盾尾油脂注入口也进行清理，保证油脂管路的畅通。
3.8.3缩回底部2个推进千斤顶，开始割除盾尾刷，其它千斤顶继续顶紧。
露出的盾尾刷割除后，把盾尾刷割除的疤痕打磨干净，开始焊接新的盾尾刷。
焊接完毕，在新的盾尾刷上涂抹盾尾油脂。
3.8.4更换完毕后，千斤顶伸出、顶紧。
再缩回2个推进千斤顶，重复上述步骤，由底部至顶部的顺序更换，直至第一道盾尾刷全部更换完毕。
3.9、安装管片，恢复掘进。
完成一系列工作后，拼装管片，管片拼装前量测盾尾间隙，进行管片选型。
由于盾尾底部长时间受力，底部盾尾间隙较大，而上部盾尾间隙过小，管片安装时，按先上后下进行。
管片完成安装后，对盾尾注入足量油脂后方可恢复掘进。
九、密封刷更换后的保护措施
保护密封刷的工作应该与更换密封刷同步进行。
为防止密封刷的再次损坏，应采取以下防范措施：
1、填充油脂
为了防止密封刷的损坏，同时增加密封的效果，在进行更换密封刷的过程中，需要给每块密封刷的钢丝重新手工填注油脂（一般采用遇水不易分解的油脂）；
2、密封刷抹油
在管片重新安装的过程中，给弹簧钢板（和管片接触的一面）抹上黄油，增加管片与弹簧钢板间的润滑。
3、密封槽填充油脂
更换完密封刷并重新拼装好管片后，在盾构机推进前，先通过盾尾注脂系统给密封刷之问注入密封油脂。
4、及时清理盾壳底部
在掘进过程中安装每环管片时，必需将盾壳底部清理干净，防止碎石夹在管片与盾壳之间，随着管片的后移而损伤到密封刷。
同时尽量避免盾构姿态突变。
十、安全保证措施
1、更换钢丝刷期间，应保证推进千斤顶顶紧第二环管片，防止地表土体沉降过大以及盾构机发生后退现象。
2、在盾尾涮更换时，注意高空作业安全。
电焊工焊接时，注意带好安全带。
3、如在操作过程中出现较为严重的涌水现象，必须立即停止施工并进行盾尾双液浆压注。
必要时需要立即安装管片，恢复推进。
4、盾尾刷割除工作应在机械臂安装完毕后进行，保证发生异常现象后能立即安装管片恢复推进。
5、在施工过程中，要加强对设备的保护，避免对盾构设备造成损坏。
6、隧道内切割、焊接动用明火须按照瓦斯隧道要求进行通风和有害气体浓度监测，确认具备动火条件后办理三级动火审批手续，所有操作人员必须持证上岗，无证者
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