1）铰接密封

盾构机铰接系统可分为主动型和被动型两种。

主动型：各组铰接千斤顶可独立进行伸缩控制，依靠铰接千斤顶的主动伸缩使得盾构机前后部分发生弯折。盾构推进千斤顶固定在盾构机的后部，推进千斤顶的推力作用在盾构机的后部再通过铰接千斤顶传递到盾构机前部。

被动型：所有铰接千斤顶的有杆腔和无杆腔分别串联在一起，能进行整体千斤顶的回缩，在铰接释放状态下，因盾尾的阻力使铰接油缸拉长，在外力作用下盾构机盾尾部分可以发生弯折。

铰接油缸的往复运动与多个油缸间的不同步运动需要盾体铰接区间必须加装铰接密封来保证盾体内部空间与盾体外土层的隔离。盾构铰接密封主要用于防止中盾与盾尾外的泥土、水等外来异物进入盾体内。盾构机盾体既要承受外部土层的压力，还要保证主机各部件正常运行所需空间。如果密封失效，那么盾体所包裹的主机部分各精密零部件将受到外部杂质的严重损伤，甚至功能失效。

如图3-9所示，盾构的常规铰接密封结构一般由一道橡胶密封、两道挡块、调整螺栓、压紧块以及一道紧急密封气囊组成。紧急密封气囊平时处于无气状态，不起密封作用。只有当盾构的前道密封出现问题需要更换时，才会充气将盾构铰接部位的缝隙暂时封闭起来，以防止在更换前道橡胶密封时发生漏液漏浆现象。

图3-9　铰接密封构造

如图3-10所示为成都地铁18号线所采用的盾尾密封方案。此方案在成都特殊复杂地质下的盾构施工中取得了良好的效果：中盾和盾尾之间用铰接油缸连接，连接处设计有两道铰接密封组件（由铰接密封圈和紧急气囊组成）及一道密封钢板束，紧急气囊可通过主动供气调节密封圈压紧量，钢板束围成的环槽可注满油脂，从而保证隧道内泥砂等不进入盾构主机内。

图3-10　中盾与盾尾铰接结构示意

1—铰接油缸；2—密封圈与气囊组件；3—密封钢板束

2）盾尾密封

①盾尾密封方案。

成都地铁盾构施工常用的盾尾密封方案如图3-11所示：盾尾壳体内设置有内置式同步注浆管道。同步注浆管道一般为半用半备。每路注浆管有单独的砂浆传感器，且在盾尾壳体处均设计有两个清洗口，意外堵塞可以用高压水进行清洗。盾尾油脂管路数量为多路设置，每路有单独的压力传感器。盾尾与管片接触的地方安装密封钢丝刷，并在密封刷与管片外径形成的腔内注入密封油脂，防止隧道内水或砂浆进入盾壳内。盾尾尾部设置有一道止浆板，阻止砂浆流到盾体前方。盾尾密封的使用寿命因材料、结构而异，同时也受管片背面材料、组装精度等条件的影响。在进行长距离、急曲线施工时，盾尾密封与管片之间极易出现冲突等情况，需要考虑材料、层数、填充料的补充方法等问题。

图3-11　盾尾密封结构示意

1—盾尾注浆管；2—注浆管清洗口；3—盾尾油脂管；4—盾尾刷；5—止浆板

成都地铁6号线的富水、富含大漂石地层由于富含地下水，如果使用传统的三道盾尾刷方案，盾尾刷的抗压能力偏弱可能会导致盾尾泄露、注浆流失，造成严重的施工事故。针对富水地层的高耐压、高防渗的要求，成都地铁6号线土建3标盾构机盾尾密封采用2道钢丝刷+1道钢板束（图3-12）+1道止浆板，盾尾油脂管路为2×6道，如图3-13所示。

图3-12　钢板束

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图3-13　盾尾油脂管路分布

②盾尾密封刷的更换步骤。

盾尾密封刷由于与管片之间长时间接触并发生相对滑动，盾尾刷难免会造成一定量的磨损，从而影响盾尾的密封性，因此需要定期对盾尾密封刷进行更换。

以成都地铁6号线土建3标的盾尾密封刷的更换技术为实例，盾尾密封刷更换步骤如下：

a.待盾构机掘进到相对安全的地层后，在最后一道盾尾密封环腔内注满盾尾油脂并保压，开始进入前两排盾尾刷更换工作。

b.在推进模式下，将所有推进油缸伸出推进至满行程（2 100 mm），如图3-14所示。

图3-14　油缸推至满行程（单位：mm）

c.在拼装模式下，逐一回缩每组推进油缸约850 mm，通过管片拼装机在每组推进油缸的推进空间置入垫块，并通过推进油缸伸出将垫块压紧于管片端面，如图3-15所示。

图3-15　放置垫块（单位：mm）

d.在推进模式下，将所有推进油缸伸出推进至最大限制行程，确保油缸处于保压状态，此时第三道盾尾刷的限位环已露出，可对前两环盾尾刷开始进行更换作业，如图3-16所示。

图3-16　伸出油缸（单位：mm）

e.切换至管片拼装模式，用管片拼装机移除每组推进油缸对应位置垫块，每移除一块垫块，则对该区域内的盾尾刷进行更换，依次进行。

f.盾尾刷更换完成后需人工对新刷刷丝表面涂覆盾尾油脂，再进行管片拼装。

更换尾刷时注意事项：

a.考虑操作安全性仅对前两道尾刷进行更换，更换数量根据实际磨损情况进行选择，原则上建议全部更换。

b.刨除尾刷时先把尾刷上及其盾尾密封空腔的油脂、砂浆等清除干净，再开始刨除作业。尾刷刨除后，把气刨的疤痕打磨干净直至露出金属光泽，再开始焊接新的尾刷，焊完后在新尾刷上涂抹始发用盾尾油脂。

c.每安装一块管片要对其背部油脂槽内注脂，直到填满为止。待全部尾刷更换完毕并安装整环管片后，还要对盾尾进行注脂，直到油脂压力达到设定压力。

考虑到操作安全性，施工单位往往在盾构施工中仅对前两道盾尾刷进行更换，那么就会对最后一道盾尾刷的寿命提出要求。若采用普通的盾尾刷，当盾尾刷磨损严重时，盾尾刷的密封作用会逐渐失去，这样可能造成施工事故。成都地铁6号线所采用的钢板束方案，虽然密封性不如盾尾刷，但钢板束对于水压的承受能力强于盾尾刷，其耐磨性可以较好地满足施工要求，并且可以保证盾构长时间掘进而不更换。该方案在此段施工过程中取得了良好的效果。