CN101424189B - 用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种止水装置及方法，尤其涉及用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置及方法。一种用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置，包括至少一个前后开口的止水套箱，所述止水套箱设置在围护结构的门洞位置的周缘处，且所述止水套箱与围护结构密封固定连接。还公开了采用上述止水装置的用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水方法。本发明可以有效提高掘进机具出始发井或进接收井工序的安全系数，还可以实现出始发井和进接收井时采用相同的止水装置，从而节约材料和工期。另外，在掘进机具出始发井或进接收井时，可根据渗漏情况调节气囊中的压力，控制简单。

Description

用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置及方法

技术领域

本发明涉及一种止水装置及方法，尤其涉及用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置及方法。

背景技术

现有顶管、隧道施工有两个关键工序：出始发井和进接收井。这两个关键工序都涉及到止水装置的设置。

出始发井时，顶管、盾构隧道的止水装置一般采用橡胶帘布袜套、单向铰链板加橡胶帘布等体系。橡胶帘布袜套体系不设置单向铰链板，用于地质条件较好，口径较小的管道施工中。单向铰链板加橡胶帘布体系中，橡胶帘布由单向铰链板支承。其用于地质条件较差，口径较大的管道施工中。根据具体的地质条件情况，可设置一道或多道“单向铰链板加橡胶帘布”。顶管机、盾构机出始发井止水装置的原理是利用掘进机具前进方向与橡胶帘布的翻转方向相同，橡胶帘布在压力作用下密贴掘进机具，从而达到密封止水的作用。一般情况下，掘进机具外径较管道结构外径大，单向铰链板可根据此两种外径尺寸转动，让橡胶帘布始终密贴于机具外径或结构外径，保持止水效果。

进接收井时，如果采用橡胶帘布体系，因为掘进机具与橡胶帘布的翻转方向相同，接收井内没有压力使橡胶帘布密贴在掘进机具上，止水效果较差。实际施工中多采用以下两种办法处理。其一、用钢丝围橡胶帘布绑扎一周，使橡胶帘布尽可能密贴掘进机具。其二、采用二次进洞技术，即在掘进机具的机头刚突出围护结构时，尽快地自下而上用钢板将掘进机具与围护结构焊接在一起来保证密封。待进行注浆处理后，隔开焊接钢板，掘进机具再行进入接收井。

以上两工序中配置的止水装置，出始发井工序安全度可以保证，但进接收井存在较大风险。总体而言存在以下缺点：

1、出始发井及进接收井时，现有止水装置对地基加固、降水等辅助措施要求严格。在极端不利地质条件下，如高承压水、软弱地基时效果不理想。

2、出始发井与进接收井时止水装置设置不同，装置不能重复利用，导致材料浪费。

3、进接收井时，由于橡胶帘布与机具前进方向相同，安全系数较低。而采用二次进洞技术时，在掘进机具的机头出围护结构之后钢板焊接密封之前这段时间内，风险还是无法控制且浪费工期。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置及方法，可以有效提高顶管、隧道施工中掘进机具出始发井或进接收井工序的安全系数，还可以实现出始发井、进接收井时采用相同的止水装置，从而节约材料和工期。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置，包括至少一个前后开口的止水套箱，所述止水套箱设置在围护结构的门洞位置的周缘处，且所述止水套箱与围护结构密封固定连接。

所述止水套箱包括：一前后开口的套筒和设置于套筒围圈内的气囊，所述气囊上设有与一气源连通的气管，在套筒围圈内气囊的两边沿套筒纵向分别设有限位块。

所述止水套箱的围圈内壁与掘进机具的外形相匹配。

所述止水套箱为圆筒形或方筒形或椭圆形或双圆形。

所述止水装置包括两个以上止水套箱，相邻止水套箱之间固定连接。

进一步，所述各止水套箱的气囊大小规格不一。

所述止水套箱设置在一套箱托架上，该套箱托架与一发射或接收架依次固设于工作井底，且套箱托架与围护结构固定连接。

所述套筒围圈下部沿套筒纵向设置两组相间隔用于掘进机具行走的轨道，每组轨道分别设置在限位块的外侧，该轨道与设置于发射或接收架的用于掘进机具行走的轨道顶标高相同。

进一步，所述轨道前后两侧设置有光滑斜口。

所述止水套箱左右对称、上下对称且前后对称。

所述掘进机具为顶管机或盾构机。

一种用于掘进机具出始发井工序的止水方法，采用上述止水装置，包括如下步骤：

1)安装发射架和套箱托架；

2)安装一节或多节止水套箱并铺设轨道；

3)安装掘进机具后凿开门洞；

4)掘进机具穿进围护结构前气囊充水；

5)掘进机具穿过围护结构驶出始发井；

其中，步骤2)及3)可颠倒或同步进行。

进一步，所述掘进机具为顶管机或盾构机。

一种用于掘进机具进接收井工序的止水方法，采用上述的止水装置，包括如下步骤：

1)安装接收架和套箱托架；

2)门洞凿除；

3)止水套箱安装及封门；

4)掘进机具穿进止水套箱后气囊充水；

5)移除封门后掘进机具到达接收井；

6)注浆封堵后止水套箱及掘进机具拆除。

进一步，所述掘进机具为顶管机或盾构机。

本发明的有益效果：

一、提高安全度。气囊在充水后，在压力作用下可以保证始终密贴于掘进机具，避免了现有进接收井时橡胶帘布翻转方向与机具前进方向相同带来的风险。与此同时，也避免了现有二次进洞技术中，在掘进机具的机头出围护结构之后钢板焊接密封之前，没有止水装置在作用的施工风险。

二、控制方便。在掘进机具出始发井或进接收井时，可根据渗漏情况调节气囊中的压力，控制简单。而现有止水装置在渗漏时需要进行堵漏作业，设置是焊钢板密封，风险高而不便。

三、节约材料。本套箱能用于出始发井及进接收井，一套止水套箱在出始发井工况下应用完毕后，即可拆除应用到进接收井的工况。并且一套套箱可以在多个工程重复应用。

四、简化施工工序。将原先在施工现场安装的各工序用一个止水套箱代替。施工时只需将止水套箱与围护结构有效连接即可应用，简化了现场施工工序。特别是简化了现进接收井时焊接钢板等工序。

五、节约工期。现有止水装置在现场多工序安装，特别是进接收井时二次进洞方法都延长了作业时间。而本发明中止水套箱与围护结构有效连接后即可应用，大大节约了工期。

附图说明

图1是本发明用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置示意图；

图2是围护结构和相邻止水套箱密封连接的示意图；

图3是方筒形止水套箱的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是圆筒形止水套箱的结构示意图；

图6是本发明止水方法第一实施例的流程图；

图7a-f是本发明止水方法第一实施例的各工序结构示意图；

图8是本发明止水方法第二实施例的流程图；

图9a-f是本发明止水方法第二实施例的各工序结构示意图；

图中：1-止水套箱，11-套筒，12-气囊，13-限位块，14-轨道，15-法兰，16-封门，2-套箱托架，3-发射或接收架，4-掘进机具(如顶管机、盾构机)，41-管节，5-围护结构，6-管节，7-加强板，8-穿墙管，9-止水橡胶，10-紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作清楚、完整地说明：

请参见图1：这种用于掘进机具4出始发井工序的止水装置，包括至少一节前后开口的止水套箱1，所述止水套箱1设置在围护结构5的门洞位置的周缘处，且所述止水套箱1与围护结构5密封固定连接。本实施例中设有三节止水套箱1。所述止水套箱1均设置在一个套箱托架2上。该套箱托架2设置在始发井的井底，位于发射架3与围护结构5之间。其中，套箱托架2和发射3通过焊接或螺栓固定连接在井底上，且套箱托架2分别与发射架3和围护结构5通过螺栓或其他方式固定连接。

所述围护结构5与止水套箱1密封固定连接的具体方式如图2所示。围护结构5上开有门洞，该门洞可供掘进机具穿越。有一穿墙管8穿套于门洞，穿墙管8的翻边焊接在门洞四周的围护结构5上，该翻边上依次设有加强板7、止水橡胶9和止水套箱1的法兰15，通过紧固螺钉10将穿墙管8的翻边、加强板7、止水橡胶9和止水套箱1的法兰15固定连接在一起，使得止水套箱1与围护结构5密封固定连接。

请参见图3和图4，所述止水套箱1包括：一前后开口的套筒11和设置于套筒11围圈内的气囊12，所述气囊12上设有与一气源连通的气管，在套筒11围圈内气囊12的两边沿套筒11纵向分别设有限位块13。所述止水套箱1可以制成左右对称、上下对称且前后对称的标准件。所述止水套箱1采用钢质材料。

请参见图4，本实施例中，设置有三节止水套箱1，通过设置的两节以上止水套箱1，可以起到多重止水的目的。相邻止水套箱1之间通过法兰15连接。每节止水套箱1中采用的大小规格不一样的气囊12，可以解决管节、管片外径与掘进机具4外径差的问题。

所述止水套箱1的围圈内壁与掘进机具4的外形相匹配。所述止水套箱1的形状与掘进机具4的外形对应，可以是圆筒形或方筒形或椭圆形或双圆形。本实施例中，对于矩形的掘进机具4，请参见图3，采用方筒形的止水套箱1。当然，对于圆形的掘进机具4，请参见图5，宜采用圆筒形的止水套箱1。对于椭圆形盾构等椭圆形的掘进机具，宜采用椭圆形的止水套箱。对于双圆盾构等双圆形的掘进机具，宜采用双圆形的止水套箱。另外，套箱托架2的上表面与止水套箱1的下部外表面形状相匹配。

请参见图4，为了保证掘进机具4及其管节在止水套箱1内行走，所述套筒11的围圈下部沿套筒11纵向设置两组间隔的轨道14，所述每组轨道14分别设置在限位块13的外侧，该轨道14与设置在发射架3的轨道顶标高相同。

所述套筒11内的轨道14前后两侧设置有光滑斜口，用以防止掘进机具4在行进中卡住。

同样，用于掘进机具进接收井工序的止水装置和上述出始发井工序的止水装置类似，不同在于始发井换成接收井，发射架换成接收架。

以下是用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装方法的两个实施例，均采用上述止水装置。

方法实施例1

如图6所示，示出了用于掘进机具出始发井工序的止水方法的流程图。如图7a-f所示，示出该止水方法的各个工序的结构示意图。本实施例中，所述掘进机具4为方形的盾构机。

首先，进行前期准备工作，包括围护结构5、始发井外地基的加固等等。接着，进行以下步骤：

1)安装发射架3和套箱托架2，请参见图7a。

套箱托架2和发射架3通过焊接或螺栓固定连接在始发井底上，且套箱托架2还与围护结构5通过螺栓或其他方式固定连接。套箱托架2与发射架3之间也可以通过螺栓或其他方式固定连接。

2)安装一节或多节止水套箱1并铺设轨道14，请参见图7b-7c。

先在套箱托架2上设置一节止水套箱1，该止水套箱1与套箱托架2通过螺栓或其他方式固定连接，并与围护结构5密封固定连接。作为安全储备，请参见图7c，本实施例还安装第二节、第三节的止水套箱1，以起到多重止水的目的。相邻止水套箱1通过法兰15连接。每节止水套箱1中的气囊12大小规格不一样，用以解决管节、管片外径与机具外径差的问题。所述止水套箱1的形状与掘进机具4的外形对应。由于本实施例中所述掘进机具4为方形的盾构机，因此，止水套箱1相应设置成方筒形。

另外，为保证掘进机具4及其管节41在止水套箱1内行走，要在止水套箱1的套筒11的围圈下部沿套筒纵向间隔设置轨道14，且轨道14分别设于两个限位块13的外侧。该轨道14与发射架3上所设的用于掘进机具4行走的轨道标高相同。

3)安装掘进机具4后凿开门洞，请参见图7d。

4)掘进机具4顶进围护结构5前气囊12充水，请参见图7e。

在出始发井时，可根据渗漏情况调节气囊12中的压力，不但控制简单，而且止水效果好。而现有止水装置在渗漏时需要进行堵漏作业，设置的是焊钢板密封，风险比较高而且不便。

5)掘进机具4穿越围护结构5驶出始发井，请参见图7f。

以上，步骤2)及3)可颠倒或同步进行。

方法实施例2

如图8所示，示出了用于掘进机具进接收井工序的止水方法的流程图。如图9a-f所示，示出该止水方法的各个工序的结构示意图。本实施例中，掘进机具4为圆形的顶管机。

首先，进行前期准备工作，包括围护结构5、接收井外地基的加固等等。接着，进行以下步骤：

1)安装接收架3和套箱托架2，请参见图9a。

将套箱托架2和接收架3通过焊接或螺栓固定连接在接收井底上，且套箱托架2还与围护结构5通过螺栓或其他方式固定连接。套箱托架2与接收架3之间也可以通过螺栓或其他方式固定连接。

2)门洞凿除，请参见图9b。

3)安装止水套箱1及封门16，请参见图9c。

先安装圆筒形的止水套箱1，然后在止水套箱1和门洞内充填粘性土，最后采用钢板封门16，即在远离围护结构5的止水套箱1的侧面封门。所述钢板封门16与止水套箱1是密封固定连接在一起的。

4)掘进机具穿进止水套箱1后气囊12充水，请参见图9d；

在掘进机具4进接收井的工况下，掘进机具4没有穿过围护结构5的时候，围护结构5是能够止水的。但当掘进机具4穿过围护结构5后，气囊12并没有马上与掘进机具4的机身密贴，也就是围护结构5外地下水可以通过裂隙发生渗漏甚至导致管涌。此时的止水就是通过钢板封门16以及止水套箱1里填充的粘土来保证。相当于掘进机具4在原状土中前进一样，地下水控制在由钢板封门16封堵的止水套箱1内。当掘进机具4穿过围护结构5，在止水套箱1内前进并经过气囊12后，气囊12立即开始加压充水密贴机身，此时气囊12发挥了止水密封的性能。

在进接收井时，可根据渗漏情况调节气囊12中的压力，不但控制简单，而且止水效果好。

5)移除封门16后掘进机具4到达接收井，请参见图9e；

6)注浆封堵后拆除止水套箱1及掘进机具4，请参见图9f。管节内注浆进行封堵。然后拆除止水套箱1及掘进机具4。所述止水套箱1拆除后可以反复用于其他工程，因此，可以节约材料。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种用于掘进机具出始发井或进接收井工序的止水装置，其特征在于：包括至少一个前后开口的止水套箱，所述止水套箱设置在围护结构的门洞位置的周缘处，且所述止水套箱与围护结构密封固定连接，所述止水套箱包括：一前后开口的套筒和设置于套筒围圈内的气囊，所述气囊上设有与一气源连通的气管，在套筒围圈内气囊的两边沿套筒纵向分别设有限位块，所述掘进机具为顶管机或盾构机。

2.一种用于掘进机具出始发井工序的止水方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的止水装置，包括如下步骤：

1)安装发射架和套箱托架；

2)安装一节或多节止水套箱并铺设轨道；

3)安装掘进机具后凿开门洞；

4)掘进机具穿进围护结构前气囊充水；

5)掘进机具穿过围护结构驶出始发井；

其中，步骤2)及3)可颠倒或同步进行。

3.如权利要求2所述的用于掘进机具出始发井工序的止水方法，其特征在于：所述掘进机具为顶管机或盾构机。

4.一种用于掘进机具进接收井工序的止水方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的止水装置，包括如下步骤：

1)安装接收架和套箱托架；

2)门洞凿除；

3)止水套箱安装及封门；

4)掘进机具穿进止水套箱后气囊充水；

5)移除封门后掘进机具到达接收井；

6)注浆封堵后止水套箱及掘进机具拆除。

5.如权利要求4所述的用于掘进机具进接收井工序的止水方法，其特征在于：所述掘进机具为顶管机或盾构机。

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