盾尾刷更换的施工方法

摘要

一种盾尾刷更换的施工方法，所用盾构机的尾部装置有预设冻结管，其操作步骤包括有：确定更换盾尾刷；调整盾构推进参数，控制盾构姿态；在普通环前方用冻结管片拼装一冻结特殊环，该冻结管片内预埋有冻结管和测温管；在冻结特殊环前方拼装一用于盾尾刷更换操作的更换特殊环；连接冻结管路与冻结设备；对盾尾外围土体进行冻结操作，在盾尾刷后侧形成止水的冻结帷幕；在冻结帷幕的保护下逐个更换盾尾刷并向盾尾刷内注入防水油脂；盾尾刷全部更换完成后对冻结帷幕强制解冻；恢复盾构正常推进。本发明具有止水效果好、安全可靠、操作简便、环境适应性强的优点，广泛适用于各类复杂的特殊地质条件，尤其适用于大型的大直径越江跨海隧道的施工。

权利要求

1.一种盾尾刷更换的施工方法，所用盾构机的尾部装置有预设冻结管，其特征在于：所述方法的操作依序包括有下列步骤：

(1)确定更换盾尾刷；

(2)调整盾构推进参数，控制盾构姿态；

(3)在普通环前方用冻结管片拼装一冻结特殊环，该冻结管片内预埋有冻结管和测温管；

(4)在冻结特殊环前方拼装一用于盾尾刷更换操作的更换特殊环，该更换特殊环由若干楔形管片和邻接管片拼接而成；

(5)连接并调试冻结管路，该冻结管路由盾构尾部的预设冻结管、冻结管片上的冻结管、测温管及冻结设备连接而成；

(6)对盾尾外围土体进行冻结操作，在盾尾刷后侧形成止水的冻结帷幕；

(7)由盾构顶部开始局部地拆除更换特殊环上的楔形管片和邻接管片，在冻结帷幕的保护下更换该局部的盾尾刷，并在该新换的盾尾刷内注入防水油脂，随后装回之前卸下的楔形管片和邻接管片，然后按照单方向顺序逐个局部区域地重复上述更换盾尾刷的操作直至完成整环上盾尾刷的更换；

(8)盾尾刷全部更换完成后对冻结帷幕强制解冻；

(9)恢复盾构正常推进。

2.根据权利要求1所述的盾尾刷更换的施工方法，其特征在于：步骤(3)中所述冻结管呈U形布置于冻结管片内，各冻结管片上的冻结管连接成用以通过冷冻液的循环管路，所述测温管埋设于该冻结管片内以监测冻结帷幕的温度。

3.根据权利要求1所述的盾尾刷更换的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体操作内容为：当盾构推进过程中出现盾尾连续漏浆时，立即停止推进，注入防水油脂以封堵漏点，拆除相关管片并观察盾尾刷状况，从而决定是否更换盾尾刷。

4.根据权利要求1所述的盾尾刷更换的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体操作内容为：调整盾构各推进参数，合理设置切口水压力值并控制其波动范围，控制盾构姿态使之沿设计轴线平稳推进，并保证盾构外壳与管片间的间隙均匀。

5.根据权利要求1所述的盾尾刷更换的施工方法，其特征在于：步骤(6)所述的冻结操作中，所使用的冷冻液为盐水。

6.根据权利要求1所述的盾尾刷更换的施工方法，其特征在于：在步骤(8)所述的强制解冻前，盾构尾部内的防水油脂应达到必要的压力值，并且具有可靠的密封效果。

说明书

盾尾刷更换的施工方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及盾构设备的维修方法，特别涉及一种在隧道施工过程中盾构机尾部密封钢丝刷更换的施工方法，属于隧道建筑工程领域。背景技术：

[0002] 随着我国城市建设的发展，地下轨道交通、越江隧道等地下工程日益增多，隧道的盾构推进距离也越来越长。但盾构机在经过长距离连续推进后，其尾部的密封钢丝刷(以下简称盾尾刷)会因过量磨损而损坏，从而导致盾尾密封的失效。为了保证盾构推进工作的顺利与安全，在隧道盾构施工过程中会采取许多措施来确保工程的质量。譬如施工中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、塑性、硬度、凝结时间、塌落度以及塑变值、粘度等一些流变学参数等，确保压注出的同步注浆的浆液质量；同时根据相应结果进行针对性的注浆纠正，如调整注浆部位、注浆量以及注浆压力；另外为了加强对正面土体的支护能力，防止盾构超挖，还要严格控制泥水质量；此外要合理选择管片旋转角度，保证合理的环面超前量，拼装时精心操作，保证环面的平整度，同时对管片轴线位置进行精确定位，防止管片与盾构机外壳之间局部间隙过小或过大对盾尾刷造成损伤或产生渗漏；最后还要从特殊环前三环开始拼装特制混凝土管片并开始使用特殊凝固浆以及从特殊环前数环开始向盾尾刷间腔体注入特制防水油脂。尽管如此，依然难免施工过程中因盾尾刷磨损而发生渗漏。当盾构机因盾尾刷受损而发生渗漏时，就必须对受损的盾尾刷进行更换施工。

[0003] 现有的盾尾刷更换施工过程一般是先从地面对盾构周围的土体进行加固，然后再从盾构机内部对盾尾刷进行更换。经检索发现，《铁道建筑》2007年第三期中《盾构掘进施工中盾构机盾尾密封更换关键技术研究》一文披露了一种盾尾刷的更换技术方案：首先对后部管片进行壁后注浆以达到止水效果，然后按一定顺序先后拆除靠近盾尾密封钢丝刷处的一环相关管片，再依次进行旧盾尾刷的拆除与新盾尾刷的安装，最后按先后顺序依次拼装之前所拆除的各块管片。这种施工方法只是针对土压地铁盾构盾尾刷的更换，其适用性有限，而且是被动性的替换；从止水效果上来看，文章中采用壁后注浆的方法进行止水，其止水效果较差，很难满足实际工程的要求；此外文章所述的盾尾刷更换方法能适用的地层种类非常有限，其很难适用软土、高水压等地层条件；同时从替换管片的方式来看，文章所述方法需要不停地旋转楔形管片，出现意外时无法及时将管片拼回。发明内容：

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的问题，提供一种止水效果好、安全可靠、环境适应性强的盾尾刷更换的施工方法。

[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：

[0006] 一种盾尾刷更换的施工方法，所用盾构机的尾部装置有预设冻结管，其操作依序包括有下列步骤：

[0007] (1)确定更换盾尾刷；

[0008] (2)调整盾构推进参数，控制盾构姿态；

[0009] (3)在普通环前方用冻结管片拼装一冻结特殊环，该冻结管片内预埋有冻结管和测温管；

[0010] (4)在冻结特殊环前方拼装一用于盾尾刷更换操作的更换特殊环；

[0011] (5)连接冻结管路与冻结设备；

[0012] (6)对盾尾外围土体进行冻结操作，在盾尾刷后侧形成止水的冻结帷幕；

[0013] (7)在冻结帷幕的保护下逐个更换盾尾刷并向盾尾刷内注入防水油脂；

[0014] (8)盾尾刷全部更换完成后对冻结帷幕强制解冻；

[0015] (9)恢复盾构正常推进。

[0016] 本发明所述的盾尾刷更换的施工方法，其步骤(3)中所述冻结管呈U形布置于冻结管片内，各冻结管片上的冻结管连接成用以通过冷冻液的循环管路，所述测温管埋设于该冻结管片内以监测冻结帷幕的温度；步骤(5)中所述的冻结管路由盾构尾部的预设冻结管、冻结管片上的冻结管、测温管及冻结设备连接而成；所述步骤(1)的具体操作内容为：当盾构推进过程中出现盾尾连续漏浆时，立即停止推进，注入防水油脂以封堵漏点，拆除相关管片并观察盾尾刷状况，从而决定是否更换盾尾刷；所述步骤(2)的具体操作内容为：调整盾构各推进参数，合理设置切口水压力值并控制其波动范围，控制盾构姿态使之沿设计轴线平稳推进，并保证盾构外壳与管片间的间隙均匀；步骤(6)所述的冻结操作中，所使用的冷冻液为盐水；所述步骤(7)的具体操作内容为：由盾构顶部开始局部地拆除更换特殊环上的楔形管片和邻接管片，在冻结帷幕的保护下更换该局部的盾尾刷，并在该新换的盾尾刷内注入防水油脂，随后装回之前卸下的楔形管片和邻接管片，然后按照单方向顺序逐个局部区域地重复上述更换盾尾刷的操作直至完成整环上盾尾刷的更换；在步骤(8)所述的强制解冻前，盾构尾部内的防水油脂应达到必要的压力值，并且具有可靠的密封效果。

[0017] 与现有技术采用壁后注浆的止水方式不同的是，本发明所述的盾尾刷更换的施工方法以积极预防为主，采用了冻结法的止水方式，其通过包括有盾构尾部的预设冻结管和冻结特殊环上的冻结管、测温管的冻结管路对盾尾外围土体进行冻结，产生冻结帷幕，形成止水的工作环境。该冻结法不论是在密封止水效果上还是在安全性能上都比诸如壁后注浆的其它止水方式更为有效，从而为盾尾刷更换创造更加安全可靠的施工条件。此外本发明采用的更换特殊环能够方便快捷地拆除和拼装盾尾刷处的相关管片，使盾尾刷的更换具备良好的操作性。由于本发明所述的盾尾刷更换的施工方法具有止水效果好、安全可靠、操作简便的优点，因此在软土、高水压等恶劣复杂的特殊地质条件下均能实施，所以所述方法环境适应性很强，尤其适用于大型、超大型的大直径越江跨海隧道。附图说明：

[0018] 图1为本发明的工艺流程图。

[0019] 图2为本发明盾构机尾部的局部结构示意图。

[0020] 图3为本发明冻结特殊环的冻结管片示意图。

[0021] 图4为图3的俯视图。

[0022] 图5为本发明的更换特殊环的结构示意图。具体实施方式：

[0023] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0024] 本发明所述的盾尾刷更换的施工方法采用了冻结法的止水方式，其以积极预防为出发点，因此在盾构机制造时就已经考虑了可能出现的盾尾刷更换的情况，在盾构机的尾部1预先装置了预设冻结管7(参见图2)。应用本发明所述的施工方法对盾尾刷进行更换的操作依序包括有下列步骤：

[0025] (1)确定更换盾尾刷。

[0026] 首先请同时参阅图1所述方法的流程图和图2盾尾的结构示意图。在进行盾尾刷3更换之前必须对盾尾刷3的磨损情况、隧道及盾构周围的土质状况进行调查，在充分掌握了施工条件后方可进行施工。盾构推进一段距离后应及时检查盾尾刷的磨损情况，一般可以在推进时先通过观察盾构尾部1的漏浆情况来判断。如果盾构机正常推进过程中盾构尾部1处出现连续漏浆，则应立即停止推进并采取临时应急措施，在盾尾刷3处注入特制防水油脂以封堵漏点。待盾构尾部1处漏点初步被封堵后，拆除最后一环普通成环4的相关封顶管片，观察盾尾刷3的磨损状况，如果盾尾刷3磨损严重或盾尾刷3被结硬的浆块包裹，即应决定及时进行更换盾尾刷3的施工。

[0027] (2)调整盾构推进参数，控制盾构姿态。

[0028] 当确定需要更换盾尾刷3后，首先调整盾构各推进参数，合理设置切口水压力值并在实际操作过程中控制该压力的波动范围，同时控制盾构姿态使之尽量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，使盾构在推进过程中姿态良好，并保证盾构外壳与管片间的间隙均匀。

[0029] (3)在普通环前方用冻结管片拼装一冻结特殊环，该冻结管片内预埋有冻结管和测温管。

[0030] 请参阅图2，在沿盾构前进方向最前侧的隧道普通环4(即施工中最近拼接的隧道成环)的前方拼装一冻结特殊环5，该冻结特殊环5由若干冻结管片13构成，其主要作用是与盾构机的尾部1预先装置的预设冻结管7共同产生冻结帷幕9(见图2)，从而形成止水的工作环境。再请结合参阅图3和图4冻结管片13的示意图，图示冻结管片13内预埋有几道冻结管8和一测温管10，所述冻结管13呈U形地布置于冻结管片13内，各冻结管片13上的冻结管8相互连接，从而形成冻结时用以通过冷冻液的循环管路，所述测温管10埋设于冻结管片13内，其作用是在冻结过程中监测冻结帷幕9的温度。

[0031] (4)在冻结特殊环前方拼装一用于盾尾刷更换操作的更换特殊环。

[0032] 再请参阅图2，完成了上述冻结特殊环5的拼装之后，通过千斤顶2继续推进盾构机，将冻结特殊环5推出盾构尾部1，推出盾构尾部1的距离应该严格控制，以保证冻结施工位置的准确性和确保更换盾尾刷3的操作空间，同时保证管片拆除时盾构尾部1闭封区域的长度，为下一步工序的施工奠定基础。然后在冻结特殊环5的前方拼装一用于盾尾刷3更换操作的更换特殊环6，请参阅图5，该更换特殊环6是由若干楔形管片11和邻接管片12拼接而成，其作用是为了快速方便地进行管片的拆除和拼装以利于盾尾刷3更换的施工。

[0033] (5)连接冻结管路与冻结设备。

[0034] 安装有关的冻结设备，并且将盾构尾部1处的预设冻结管7、冻结管片13上的冻结管8、测温管10与安装好的冻结设备连接成冻结管路，然后调试至正常运行。

[0035] (6)对盾尾外围土体进行冻结操作，在盾尾刷后侧形成止水的冻结帷幕。

[0036] 启动冻结设备，采用盐水作为循环冷冻液通过冻结管路对盾构尾部1外围的土体进行冻结加固，在盾尾刷3后侧形成冻结帷幕9，使之与盾构尾部1相胶结，为盾尾刷3的更换施工创造止水的工作环境。

[0037] (7)在冻结帷幕的保护下逐个更换盾尾刷并向盾尾刷内注入防水油脂。

[0038] 更换盾尾刷3的操作是按照拆除管片-更换盾尾刷-注入防水油脂-装回管片的工作顺序，沿隧道环环周单向顺序一个局部一个局部地进行的。请参阅图5，在冻结帷幕9的保护下，更换盾尾刷3的具体操作过程为：由盾构的顶部开始，先拆除更换特殊环6上一个局部区域的楔形管片11和邻接管片12，然后更换该局部的盾尾刷3，随后在该新换的盾尾刷3内及时注入防水油脂，最后装回之前卸下的楔形管片和邻接管片，这样就完成了该局部的盾尾刷3更换工作。然后，按照顺时针或逆时针单向顺序在相邻的下一个局部区域进行同样内容的操作，依此轮序，沿隧道环周单向顺序逐个局部区域地重复上述更换盾尾刷3的操作直至完成整环上盾尾刷3的更换。

[0039] (8)盾尾刷全部更换完成后对冻结帷幕强制解冻。

[0040] 待整环上损坏的盾尾刷3全部更换完成后，向盾构尾部1内注入防水油脂，然后对冻结帷幕9进行强制解冻。在强制解冻前，盾构尾部1内的防水油脂应达到必要的压力值，并且具有可靠的密封效果。

[0041] (9)恢复盾构正常推进。

[0042] 冻结帷幕9解冻后，盾尾刷3更换施工即算完成，盾构机就可以恢复正常的隧道施工推进了。

[0043] 综上所述，本发明所述的盾尾刷更换的施工方法增加了拼装冻结特殊环5的操作内容，在结构上构成了冻结管路，从而采用了冻结法对盾构尾部1外围土体进行冻结，产生冻结帷幕9，形成止水的工作环境，为盾尾刷3更换创造更加安全可靠的施工条件。因此本发明具有止水效果好、安全可靠、操作简便、环境适应性强的优点，广泛适用于各类复杂的特殊地质条件，尤其适用于大型的大直径越江跨海隧道的施工。