CN110966018A - 基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置及施工方法，该装置包括预埋洞门钢环以及位于预埋洞门钢环内侧的环形拼装的混凝土管片，预埋洞门钢环的内侧壁上沿盾构机掘进方向设置有2圈环形的塑性钢环刷，每圈钢环刷的一端均与预埋洞门钢环可拆卸连接，另一端均朝向盾构机掘进方向延伸，且与预埋洞门钢环之间呈夹角α，每圈钢环刷上及每块混凝土管片靠近钢环刷的一侧上均涂布有防水油脂，每圈钢环刷偏离预埋洞门钢环的一端均与混凝土管片相抵接。通过钢环刷与预埋洞门钢环的焊接固定，以及采用钢环刷涂抹防水油脂的密封方法，能够有效地阻止外部泥砂的流入，解决了在采用钢套筒进行盾构机始发及接收过程中的隧道洞门密封安全问题。

Description

基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置及施工方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道盾构法施工安全技术领域，具体涉及一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置及施工方法。

背景技术

由于盾构法施工是在地下进行作业的，并不会影响路面的交通以及附近居民的生活，且易于管理，具有较高的经济优越性，因此，市政地铁隧道施工大部分采用的是盾构法施工。目前地铁车站施工工况越来越复杂，部分车站设计为地下三层、四层换乘车站。复杂工况下，为确保施工安全起见，盾构隧道施工大多会采用钢套筒的方法进行盾构机的接收及始发。采用钢套筒进行盾构接收及始发的工艺在国内已日渐成熟，但是在采用钢套筒始发及接收时的洞门密封问题尚未得到彻底解决。

目前采用钢套筒进行盾构始发及接收的洞门没有专门的密封装置，仅依靠注浆进行填充止水，该技术止水措施单一，且受施工人员注浆效果的影响较大，如浆液配合比不合适，或施工人员疏忽导致注浆效果差，将会存在较大的漏水漏砂的安全隐患，也会造成巨额的经济损失。

在地铁车站主体结构施工时，需要提前在预定位置预埋洞门钢环，为确保盾构机能够正常进行推进作业，洞门钢环直径比盾构机大，使盾构机与洞门钢环之间存在间隙。而盾构机与洞门钢环之间存在的间隙大小，与盾构机的型号以及各地方设计的洞门钢环的尺寸相关。如常规盾构机的外径为6400mm，洞门钢环的内径为6700mm，长度为800mm，因此，盾构机与洞门预埋钢环之间的间隙大小为150mm。由于盾构机刀盘比洞门预埋钢环直径小，盾构机与洞门钢环之间的间隙存在漏水漏砂的风险。因此需要在洞门预埋钢环上加装洞门密封装置。

常规盾构始发及接收的密封装置为折页压板和止水帘布，折页压板是通过洞门钢环侧面的螺栓固定，钢套筒同样需要焊接在洞门钢环侧面，形成密封，但在采用钢套筒进行盾构接收及始发时，钢套筒前过渡环需要焊接在洞门钢环上，因此，常规洞门密封装置的折页压板和止水帘布不具备安装条件，无法进行安装。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置及施工方法，能够有效的解决在采用钢套筒进行盾构机始发及接收过程中的隧道洞门密封安全问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，包括预埋洞门钢环以及位于所述预埋洞门钢环内侧的环形拼装的混凝土管片，所述预埋洞门钢环的内侧壁上沿盾构机掘进方向设置有2圈环形的塑性钢环刷，每圈所述钢环刷的一端均与所述预埋洞门钢环可拆卸连接，另一端均朝向盾构机掘进方向延伸，且与所述预埋洞门钢环之间呈夹角α，每圈所述钢环刷上及每块所述混凝土管片靠近所述钢环刷的一侧上均涂布有防水油脂，每圈所述钢环刷偏离所述预埋洞门钢环的一端均与所述混凝土管片相抵接。

进一步，每圈所述钢环刷靠近所述混凝土管片的一端均紧密贴合于所述混凝土管片上；每圈所述钢环刷靠近所述预埋洞门钢环的一端均通过固定件与所述预埋洞门钢环可拆卸连接。

更进一步，每圈所述固定件均包括用于安装所述钢环刷的密封槽以及沿所述密封槽等间距设置的用于固定所述钢环刷的铆钉，每圈所述密封槽靠近所述预埋洞门钢环的一侧均设有与其对应的密封槽互为一体成型连接的底板，每圈所述底板均与所述预埋洞门钢环固定连接。

更进一步，每圈所述密封槽内均设有用于固定与其对应的钢环刷的钢丝网。

进一步，所述夹角α的大小为45°～60°。

进一步，每圈所述钢环刷均包括若干层护板以及设置于每两层所述护板之间的若干密封钢丝，每层所述护板均为弹簧钢板，每根密封钢丝均为柔性耐磨钢丝。

更进一步，每圈所述钢环刷靠近所述所述混凝土管片一侧设置有前护板，每圈所述钢环刷靠近所述预埋洞门钢环一侧设置有后护板，每圈所述后护板的尺寸大于每圈所述前护板的尺寸。

进一步，每块所述混凝土管片上均设有若干注浆孔。

进一步，所述预埋洞门钢环的一侧焊接有钢套筒。

一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、制作钢环刷，并在始发和接收的隧道洞门中进行预埋洞门钢环；

S2、在预埋洞门钢环的内侧壁上沿盾构机掘进方向焊接2圈环形的塑性钢环刷，每圈钢环刷的一端均朝向盾构机掘进方向延伸，并与预埋洞门钢环之间呈夹角α；

S3、在钢环刷以及混凝土管片靠近钢环刷的一侧上均匀涂布防水油脂；

S4、当盾构机的刀盘朝向钢环刷掘进时，首先计算出钢环刷的角度及压平后的长度，然后根据盾构机上显示的刀盘里程，确定调节盾构机的刀盘的转动时间；当盾构机的尾部通过钢环刷后，被压平的钢环刷回弹并与混凝土管片紧密贴合；同时通过混凝土管片的注浆孔进行注浆填充。

进一步，钢环刷靠近预埋洞门钢环的一侧设有后护板，钢环刷压平后的长度L的计算公式如下：L＝L₁×cosα，其中，L为钢环刷压平后的长度，L₁为后护板的长度，α为钢环刷的后护板与预埋洞门钢环之间的夹角。

进一步，S4中，盾构机在通过钢环刷时刀盘的转动操作如下：

当盾构机的刀盘经过钢环刷时，刀盘不转动，平稳推过；当确定盾构机的刀盘通过钢环刷之后，再开始转动刀盘。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的装置通过钢环刷与预埋洞门钢环的焊接固定，以及采用钢环刷加涂抹防水油脂的密封方法，能够有效地阻止外部泥砂的流入，操作简单，且密封效果良好，有效的解决了在采用钢套筒进行盾构机始发及接收过程中的隧道洞门密封安全问题。

2、本发明中，在洞门预埋钢环内部一圈范围焊接两道钢环刷，钢环刷的长度根据间隙确定，确保盾构机能将洞门钢环刷压倒正常通过。盾构机通过钢环刷时，将钢环刷压倒，因本发明的钢环刷具有高回弹性，在盾构机通过之后能够立即回弹起来，与隧道管片密贴，能够有效的阻止外部土体的外漏，达到顺利始发的目的。当钢环刷焊接完成后，在钢环刷顶部，均匀涂抹盾尾油脂，当钢环刷回弹时，钢环刷上的油脂与管片背部的油脂紧密连接，能够有效地阻止土体内的水外漏，达到防止漏水漏砂的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1中盾构机通过钢环刷之后的结构示意图。

图2为本发明实施例1中盾构机通过钢环刷时的结构示意图。

图3为本发明实施例1中钢环刷的主视图。

图4为本发明实施例1中钢环刷的俯视图。

图中：1、预埋洞门钢环；2、混凝土管片；3、盾构机；4、钢环刷；41、护板；411、前护板；412、后护板；42、密封钢丝；5、固定件；51、密封槽；52、铆钉；53、底板；6、钢套筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1-4所示，本发明实施例所提供的一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，包括预埋洞门钢环1以及位于预埋洞门钢环1内侧的环形拼装的混凝土管片2，每块混凝土管片2上均设有若干注浆孔。预埋洞门钢环1的内侧壁上沿盾构机3掘进方向设置有2圈环形的塑性钢环刷4，每圈钢环刷4的一端均与预埋洞门钢环1可拆卸连接，另一端均朝向盾构机3掘进方向延伸，且与预埋洞门钢环1之间呈夹角α，夹角α的大小为45°～60°。每圈钢环刷4上及每块混凝土管片2靠近钢环刷4的一侧上均涂布有防水油脂，每圈钢环刷4偏离预埋洞门钢环1的一端均与混凝土管片2相抵接。预埋洞门钢环1的一侧焊接有钢套筒6。

本实施例中，该装置通过钢环刷与预埋洞门钢环的焊接固定，以及采用钢环刷加涂抹防水油脂的密封方法，能够有效地阻止外部泥砂的流入，操作简单，且密封效果良好，有效的解决了在采用钢套筒6进行盾构机始发及接收过程中的隧道洞门密封安全问题。

具体的，每圈钢环刷4靠近混凝土管片2的一端均紧密贴合于混凝土管片2上；每圈钢环刷4靠近预埋洞门钢环1的一端均通过固定件5与预埋洞门钢环1可拆卸连接。当盾构机3的尾部脱出钢环刷4时，被压平的钢环刷4会回弹，然后与混凝土管片2紧密贴合，钢环刷4上提前涂抹的油脂会和混凝土管片2背部的油脂起到防水效果，再加上钢环刷4的钢板，能够有效地阻止外部水土流失。

为了加强钢环刷的安装稳定性，每圈钢环刷4靠近预埋洞门钢环1的一端均通过固定件5与预埋洞门钢环1可拆卸连接。其中，每圈固定件5均包括用于安装钢环刷4的密封槽51以及沿密封槽51等间距设置的用于固定钢环刷4的铆钉52，每圈密封槽51靠近预埋洞门钢环1的一侧均设有与其对应的密封槽51互为一体成型连接的底板53，每圈底板53均与预埋洞门钢环1固定连接。每圈密封槽51内均设有用于固定与其对应的钢环刷4的钢丝网。

在此，钢环刷与预埋洞门钢环固定的一端插接于与其对应的密封槽内，并通过铆钉进行固定，在钢环刷上套接一层钢丝网，能够进一步加强钢环刷的安装稳定性，防止发生滑动而松脱。

底板53焊接于预埋洞门钢环上，起到定位和固定的作用，良好的焊接性能是底板所需要具备的，所以采用了韧性和塑性较好、有一定伸长率、具有良好的焊接性能的碳钢Q235A或低合金钢Q345B。

每圈钢环刷4均包括若干层护板41以及设置于每两层护板41之间的若干密封钢丝42，每层护板41均为弹簧钢板，每根密封钢丝42均为柔性耐磨钢丝。其中，每圈钢环刷4靠近混凝土管片2一侧设置有前护板411，每圈钢环刷4靠近预埋洞门钢环1一侧设置有后护板412，每圈后护板412的尺寸大于每圈前护板411的尺寸。

本实施例中，护板41采用的是弹簧钢板，前、后护板上弹簧钢板的弹力是让钢环刷的刷尾紧贴在混凝土管片上的动力，通过与混凝土管片的紧紧贴合，能够起到保护内部细钢丝的作用。弹簧钢板的弹性与耐磨性是盾尾钢丝密封刷良好密封的前提条件。密封钢丝42为特殊订作不锈钢丝，既有一定的耐磨性，同时其柔韧性又较强，这样可以保证在钢丝折弯的过程中不被折断。

本发明实施例提供的一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、在车站主体结构在浇筑混凝土时，根据图纸要求的平面位置和标高在始发和接收的隧道洞门中进行预埋洞门钢环1；

S2、制作钢环刷4：钢环刷4由前护板411、密封钢丝42、后护板412、密封槽51、底板53和铆钉52组合而成，其中，密封槽内部有钢丝网，密封钢丝中有多层护板；

S3、在预埋洞门钢环1的内侧壁上，沿盾构机3掘进方向焊接2圈环形的塑性钢环刷4，每圈钢环刷4的一端均朝向盾构机3掘进方向延伸，并与预埋洞门钢环1之间呈夹角α，夹角α的大小优选为45°～60°；

S4、钢环刷焊接完成后，在钢环刷4的每层钢板之间以及混凝土管片2靠近钢环刷4的一侧上均匀涂布防水油脂，防水油脂的涂抹方式为人工涂抹，涂抹应密实、均匀，以达到防水效果；

S5、当盾构机3的刀盘朝向钢环刷4掘进时，首先计算出钢环刷4的角度及压平后的长度，钢环刷压平后的长度L的计算公式如下：L＝L₁×cosα，其中，L为钢环刷压平后的长度，L₁为后护板的长度，α为钢环刷的后护板与预埋洞门钢环之间的夹角。然后根据盾构机3上显示的刀盘里程，确定调节盾构机3的刀盘的转动时间；当盾构机3的刀盘经过钢环刷4时，刀盘不转动，平稳推过；当确定盾构机3的刀盘通过钢环刷4之后，再开始转动刀盘。防止刀盘在钢环刷上转动，损坏钢环刷的完整性和密封性。

S6、盾构机3继续向前掘进，当盾构机3的尾部通过钢环刷4后，被压平的钢环刷4会回弹，然后与混凝土管片2紧密贴合；钢环刷4上提前涂抹的油脂会和混凝土管片2背部的油脂起到防水效果，再加上钢环刷4上的弹簧钢板，能够有效地阻止外部水土流失。在此，混凝土管片的安装是随盾构机的推进而依次有序进行的，在盾构机推进之后，通过推进油缸顶推，依次安装邻接块，最后安装封顶块，在盾构机的尾端脱出上一个混凝土管片后，对所有管片进行二次复紧。其中，混凝土管片的数量为6块。

S7、盾构机3的尾部顺利通过钢环刷4后，通过混凝土管片2的注浆孔进行注浆填充，使钢环刷4背部充填密实，以达到防止漏水漏砂的目的。

本实施例中，该方法在洞门预埋钢环内部一圈范围焊接两道钢环刷，钢环刷的长度根据间隙确定，确保盾构机能将洞门钢环刷压倒正常通过。盾构机通过钢环刷时，将钢环刷压倒，因本发明的钢环刷具有高回弹性，在盾构机通过之后能够立即回弹起来，与隧道管片密贴，能够有效的阻止外部土体的外漏，达到顺利始发的目的。当钢环刷焊接完成后，在钢环刷顶部，均匀涂抹盾尾油脂，当钢环刷回弹时，钢环刷上的油脂与管片背部的油脂紧密连接，能够有效地阻止土体内的水外漏，达到防止漏水漏砂的目的。

在施工完成之后，需要对钢套筒6进行拆除，参见图1-2所示，钢套筒6直接焊接于预埋洞门钢环1的一侧，而2道钢环刷4通过固定件5安装于预埋洞门钢环1的环状内侧壁上，且其端部延伸至盾构机3的掘进方向上，并与混凝土管片2紧密贴合。在拆除钢套筒6的过程中，注浆浆液始终被密封在钢环刷2的内侧密闭空间内，通过2圈环状的钢环刷2对内侧密闭空间形成二次密封阻挡，避免在拆除钢套筒6的过程中出现漏水漏砂现象，且密封效果良好，有效的解决了在采用钢套筒进行盾构机始发及接收过程中的隧道洞门密封安全问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，包括预埋洞门钢环(1)以及位于所述预埋洞门钢环(1)内侧的环形拼装的混凝土管片(2)，所述预埋洞门钢环(1)的内侧壁上沿盾构机(3)掘进方向设置有2圈环形的塑性钢环刷(4)，每圈所述钢环刷(4)的一端均与所述预埋洞门钢环(1)可拆卸连接，另一端均朝向盾构机(3)掘进方向延伸，且与所述预埋洞门钢环(1)之间呈夹角α，每圈所述钢环刷(4)上及每块所述混凝土管片(2)靠近所述钢环刷(4)的一侧上均涂布有防水油脂，每圈所述钢环刷(4)偏离所述预埋洞门钢环(1)的一端均与所述混凝土管片(2)相抵接。

2.根据权利要求1所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每圈所述钢环刷(4)靠近所述混凝土管片(2)的一端均紧密贴合于所述混凝土管片(2)上；每圈所述钢环刷(4)靠近所述预埋洞门钢环(1)的一端均通过固定件(5)与所述预埋洞门钢环(1)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每圈所述固定件(5)均包括用于安装所述钢环刷(4)的密封槽(51)以及沿所述密封槽(51)等间距设置的用于固定所述钢环刷(4)的铆钉(52)，每圈所述密封槽(51)靠近所述预埋洞门钢环(1)的一侧均设有与其对应的密封槽(51)互为一体成型连接的底板(53)，每圈所述底板(53)均与所述预埋洞门钢环(1)固定连接。

4.根据权利要求3所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每圈所述密封槽(51)内均设有用于固定与其对应的钢环刷(4)的钢丝网。

5.根据权利要求1所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，所述夹角α的大小为45°～60°。

6.根据权利要求1所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每圈所述钢环刷(4)均包括若干层护板(41)以及设置于每两层所述护板(41)之间的若干密封钢丝(42)，每层所述护板(41)均为弹簧钢板，每根密封钢丝(42)均为柔性耐磨钢丝。

7.根据权利要求6所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每圈所述钢环刷(4)靠近所述所述混凝土管片(2)一侧设置有前护板(411)，每圈所述钢环刷(4)靠近所述预埋洞门钢环(1)一侧设置有后护板(412)，每圈所述后护板(412)的尺寸大于每圈所述前护板(411)的尺寸。

8.根据权利要求1所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置，其特征在于，每块所述混凝土管片(2)上均设有若干注浆孔。

9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的基于盾构机始发及接收的隧道洞门密封装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制作钢环刷(4)，并在始发和接收的隧道洞门中进行预埋洞门钢环(1)；

S2、在预埋洞门钢环(1)的内侧壁上沿盾构机(3)掘进方向焊接2圈环形的塑性钢环刷(4)，每圈钢环刷(4)的一端均朝向盾构机(3)掘进方向延伸，并与预埋洞门钢环(1)之间呈夹角α；

S3、在钢环刷(4)以及混凝土管片(2)靠近钢环刷(4)的一侧上均匀涂布防水油脂；

S4、当盾构机(3)的刀盘朝向钢环刷(4)掘进时，首先计算出钢环刷(4)的角度及压平后的长度，然后根据盾构机(3)上显示的刀盘里程，确定调节盾构机(3)的刀盘的转动时间；当盾构机(3)的尾部通过钢环刷(4)后，被压平的钢环刷(4)回弹并与混凝土管片(2)紧密贴合；同时通过混凝土管片(2)的注浆孔进行注浆填充。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，S4中，盾构机(3)在通过钢环刷(4)时刀盘的转动操作如下：

当盾构机(3)的刀盘经过钢环刷(4)时，刀盘不转动，平稳推过；当确定盾构机(3)的刀盘通过钢环刷(4)之后，再开始转动刀盘。

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