CN111911171A - 用于盾构始发的洞门密封装置及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于盾构始发的洞门密封装置及方法。所述洞门密封装置包括预埋洞门环、环形橡胶帘布密封构件和磁性密封构件；所述环形橡胶帘布密封构件的每块折页压板包括环向固定板、折叠板和反压板，所述磁性密封构件包括两道环形弹性伸缩式封堵钢板、收紧装置和设置在每道弹性伸缩式封堵钢板内环的磁性钢片。在盾构管片拼装过程中，两道环形弹性伸缩式封堵钢板与盾构机外壳吸附形成刚性密封结构，在盾构掘进前通过收紧装置使封堵钢板环向向外收缩脱离盾构机外壳，在盾构始发完成后，其封堵钢板与始发管片吸附形成永久密封结构。本发明密封效果好，解决了富水复杂地层盾构始发过程中出现涌水涌沙的问题。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工领域，主要是针对盾构机在富水复杂地层始发段设计的一种用于盾构始发的洞门密封装置及密封方法。
背景技术
随着现代化城市建设的高速发展，地下空间的大面积开采缓解城市容积、交通压力将是一种必然的趋势，盾构法因具有施工快速，对地面影响小的优点，被行业评价为目前最佳的地下空间施工方法。在盾构法地铁施工中，由于盾构始发涉及盾构机刀盘的进洞，是比较容易发生事故的工序之一，而盾构始发施工过程中发生事故大多数是由于洞口土体不稳和渗漏所致，特别是当施工范围内地层的含水量较大时，盾构机始发过程中对地层进行扰动，容易在洞门和盾构机外壳之间形成地下水的渗流通道，地下水夹泥夹砂流出诱发涌水涌砂等事故，因此需要在洞门处进行止水，保证盾构机顺利始发。
一般地，盾构始发部位的加固质量直接影响盾构的正常始发，因为始发过程中总有一端在始发井内属于裸露状态，另一端进入土体内。为了提高始发过程的安全性，在盾构机刀盘进入到始发洞门时，需要在盾构机外壳与开挖隧道的建筑空隙之间设置密封机构，保障掌子面土体及浆液不会泄露到洞门外，出现涌水涌砂现象。而且根据盾构施工流程来看，掘进完成以后间隔一段时间开始拆除盾构负环的过程，管片背后注浆加固的范围是有限的，涌水涌沙的通道会因为时间和压力快速扩散，更是风险的控制重难点。因此提前封堵加固洞门位置的间隙，对安全风险更是一种保证。
现有的洞门密封机构主要由环形帘布橡胶板、环形压板及折页板组成，环形帘布橡胶板固定在开挖隧道的始发洞门的门外环形外侧壁上，环形帘布橡胶板的内径小于盾构机壳体的直径，环形压板扣压在环形帘布橡胶板的外圈上，在环形压板的外侧面上沿外圆圆弧均布有折页板。但是现有的这种常规的帘布+环板+折页板的密封装置只能在稳定的土层中达到密封效果，而在砂层、卵石层等高富水的复杂地层，现有的密封机构经常出现不同程度的渗漏，甚至造成人员、设备等的损失；特别是在盾构始发或接收处于砂性土层时，由于砂性土层被扰动后极易出现失稳，造成土体坍塌，坍塌土体压力极大，很容易造成密封机构从始发洞门的门外环形外侧壁上脱落，使整个盾构的密闭保压土体环境遭到破坏，直接诱发盾构隧道上方地面出现较大沉降，完全给盾构的始发带来很大的安全隐患。再加上由于现在地下施工较多，在端头位置还会存在多种复杂管线或者下穿既有线等过程中，所以在进行盾构施工过程中，需要更加严格的控制沉降，否则将会完成管线渗漏、爆炸，既有线沉降变形或停运等。除了帘布+环板+折页板的密封结构，目前也有很多公开技术中提到采用盾尾刷型密封、钢板型密封，但是这些密封装置的基本原理还是类似盾构原始密封装置，依靠弹性或油脂的密封性进行密封，其整体密封效果并能达到最佳；而且在盾构施工完成之后，需要针对洞门圈和管片之间存在的间隙进行填充，现有的密封结构需要单独设置注浆管进行填充，而且填充部分并不能与管片连为一体，稳定性相对较差。
除此之外，现有盾构始发密封结构中的折页压板均是由固定板和折页板铰链而成，在盾构过程中，主要通过折页板给橡胶帘布提供推力，使橡胶帘布与盾构机贴合密实达到止水的目的，其整个止水过程中只有橡胶帘布与盾构机紧密贴合，折页板与盾构机外壳之间并没有紧密接触，再加上折页板只能靠铰链部位的弹力来给帘布提供压力，其压力太小，经常达不到密封效果，而且现有止水结构的折页板容易外翻或者折断。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供了一种在富水复杂地层始发段用于盾构始发的洞门密封装置及密封方法，该密封装置采用磁性钢板与改进后的折页板、帘布结合，通过柔性及刚性的密封构件进行多次密封，保证了密封效果，能够解决盾构在涌水涌砂量太大的复杂地质工况下进行密封问题，提高盾构始发的安全性。
为了达到上述技术目的，本发明提供的技术方案为一种用于盾构始发的洞门密封装置；所述盾构始发洞门密封装置包括安装在盾构始发洞门处的预埋洞门环，预埋洞门环的筒状环体预埋在始发洞门的内环面，其外环板预埋在洞口的外端面，其特征在于：所述密封装置包括设置在预埋洞门环外环板外侧面的柔性密封构件和设置在筒状环体内的磁性密封构件；所述柔性密封构件包括环形橡胶帘布、环形压板和多块折页压板，每块折页压板包括环向固定板、折叠板和反压板，所述折叠板的上、下边缘分别与环向固定板和反压板铰链连接，折页压板通过其环向固定板压设在环形压板外，并通过锁紧螺栓将环形压板和环形橡胶帘布固定在外环板上，其折叠板压设在环形橡胶帘布的外表面，在折叠板远离环形橡胶帘布的一面设有与反压板连接的弹性构件，在反压板上设有拉绳或拉绳连接件；所述磁性密封构件包括两道环形弹性伸缩式封堵钢板、收紧装置和设置在每道弹性伸缩式封堵钢板内环的磁性钢片，所述弹性伸缩式封堵钢板焊接在筒状环体的内环面，其磁性钢片为弧度与盾构机外壳弧度相匹配的弧形片，并在盾构始发过程中与盾构机外壳或始发管片背部的钢板吸附形成密封结构；所述收紧装置包括设置在洞门外侧的收紧机构和收紧钢丝绳，所述收紧钢丝绳伸入预埋洞门环内侧与磁性钢片连接，在收紧机构的作用，收紧钢丝绳带动两道两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片环向向外收缩。
本发明进一步的技术方案：所述磁性密封构件还包括磁性钢片清理装置，所述清理装置包括预埋在洞门环端头侧墙内的清理主管、安装在筒状环体内侧的清理分支管、设置在弹性伸缩式封堵钢板内的伸缩管和开设在磁性钢片上的清理孔；所述清理主管外端置于洞门外侧，并设有注浆和充气接头，内端通过清理分支管分别与两道弹性伸缩式封堵钢板内的伸缩管密封连接，每个弹性伸缩式封堵钢板内的伸缩管与其对应的磁性钢片上的清理孔密封连通。
本发明进一步的技术方案：所述环形橡胶帘布临近预埋洞门环的一侧设有多个毛刺，在毛刺上挂设有油脂球，并通过网片固定。
本发明较优的技术方案：在反压板未与折叠板连接面设有多块止推板，所述多块止推板从反压板的自由端朝向与折叠板的连接端高度依次升高，在环向固定板与折叠板的连接部位外侧设有防翻挡筋，所述防翻挡筋设置在环向固定板的纵向中分线上；所述弹性构件为压缩弹簧，其两端分别固定在折叠板和反压板上，且固定部分均远离折叠板与反压板的铰链部位。
本发明较优的技术方案：所述环形弹性伸缩式封堵钢板是由6～8块弧形伸缩钢板组成；每块弧形伸缩钢板包括从外向内三层套接式伸缩钢板，每层伸缩钢板与其伸缩套之间设有伸缩弹簧，所述磁性钢片的环向长度小于内层伸缩钢板的环向长度，并安装在内层伸缩钢板的内环中部的位置，在内层伸缩钢板内环未设置磁性钢片的部位设有与磁性钢片厚度相同的密封垫层；所述伸缩管设置在每层伸缩钢板与其伸缩套之间，在外层钢板套、中层钢板套以及内层伸缩钢板上对应开设有与伸缩管以及清理孔连通的通孔。
本发明较优的技术方案：所述清理主管外端的注浆和充气接头在盾构之前与充气装置连接，通过充气消除磁性钢片临近盾构机外壳一侧的杂质，在盾构完成之后，与注浆装置连接进行注浆；在清理分支管的两端分别设有带压力控制阀的注浆口，所述注浆口处压力控制阀的压力大于充气压力小于注浆压力。
本发明较优的技术方案：每块弧形伸缩钢板配套设有一个收紧装置和一套磁性钢片清理装置，在清理主管临近外端接头的位置设有密封穿孔，每个收紧装置的收紧钢丝绳端部设有与磁性钢片的清理孔相匹配的固定套管，收紧钢丝绳通过其端部的固定套管固定安装在清理孔的孔口，其另一端沿着伸缩钢板内的孔洞和伸缩管延伸至清理分支管和清理主管内，并从密封穿孔穿出后伸出洞门端面与收紧机构连接，并由收紧机构控制收紧钢丝绳带动磁性钢片环向移动；所述收紧机构采用手拉葫芦；所述两道磁性密封构件之间的间距为30～50cm，两道磁性密封构件相对应的伸缩钢板共用同一套收紧装置和磁性钢片清理装置。
本发明较优的技术方案：每块弧形伸缩钢板的中层钢板套和内层伸缩钢板两侧分别设有海绵密封条，在中层钢板套和内层伸缩钢板的两侧端面对应开设有密封条嵌入槽，所述海绵密封条在两伸缩钢板呈收缩状态时，嵌入对应的密封条嵌入槽内，并在伸缩钢板伸出状态时，将相邻两块弧形伸缩钢板之间的间隙密封。
本发明提供的一种用于盾构始发的洞门密封方法，其特征在于使用上述洞门密封装置进行密封，其具体步骤如下：
(1)始发前，针对盾构端头加固效果检验，并做好盾构始发前准备，然后安装洞门密封装置，洞门密封装置的安装过程如下：
a.在预埋洞门环的外环板依次安装带有毛刺结构的环形橡胶帘布、环形压板和折页板组成柔性密封构件，并将将折页板的反压板通过拉绳悬挂在固定柔性密封构件的双头螺栓上使得弹簧处于压缩状态；
b.在洞门侧墙位置安装磁性密封构件的收紧装置，在预埋洞门环的筒状环体内焊接两道环形弹性伸缩式封堵钢板，两道环形弹性伸缩式封堵钢板的间距为30～50cm，并收紧装置的收紧钢丝绳穿过预埋洞门环的筒状环体与两道环形弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片连接；
(2)在洞门破除前，把手涂油脂揉成小球悬挂在带有毛刺结构的环形橡胶帘布上，并通过网片结构将油脂小球固定，第一阶段完成上部60％～75％范围，然后开始破除洞门，并在最后迎土面钢筋切割前，按上述方法完成剩余25％～40％范围；所述洞门的破除过程采用人工进行，素混凝土结构采用盾构机切磨；
(3)洞门破除完成之后，盾构始发之前，先通过收紧装置将两道环形弹性伸缩式封堵钢板缩回，保证盾构机可以正常穿过；开始盾构掘进，待盾构刀盘与折页板结构的折叠板接触时，解除反压板与双头螺栓连接，使得反压板与盾体接触，进行柔性密封，并在整个始发过程中洞门帘布及折页板结构都起到临时柔性密封的作用；
(4)盾构继续前进，待盾构机到达弹性伸缩式封堵钢板的位置后，准备开始拼装管片，并放松收紧装置使得一道或两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片吸附在盾构机外壳上，形成刚性密封结构，然后在盾尾壳体保护下进行负环管片拼装；
(5)在每环盾构管片拼装完成后，掘进前通过收紧钢丝绳向外同时收缩两道弹性伸缩式封堵钢板，使得两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片暂时离开盾构机外壳，然后盾构机继续盾构前进；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)，直至盾构机全部进入地层中，使得两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片均与始发环管片背后钢板接触后，伸缩钢板不在移动，此时两道弹性伸缩式封堵钢板形成永久性刚性密封，完成盾构始发。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(1)中磁性密封构件还包括管片清理装置，其收紧装置和管片清理装置的具体安装过程如下：将每块弧形伸缩钢板的收紧装置的收紧钢丝绳端部的固定套管安装到弹性伸缩式封堵钢板磁性钢片的清理孔内，并将收紧钢丝绳从弹性伸缩式封堵钢板内的伸缩管和通孔穿出；在洞门端头侧墙上钻设清理主管的预埋孔，将清理装置的清理主管和清理分支管固定连接，并将穿出弹性伸缩式封堵钢板的收紧钢丝绳伸入清理分支管和清理主管，并从清理主管上的密封穿孔穿出后固定在清理主管的充气和注浆端口，将连接有收紧钢丝绳的清理主管从预先钻设在洞门端头侧墙的预埋孔穿出洞门端头侧墙外，之后将收紧钢丝绳固定在清理主管的充气和注浆端口的端部解开与固定在洞门端头侧墙上的手拉葫芦连接，并在清理主管充气和注浆端口安装充气和注浆接头；之后将弧形伸缩钢板和清理分支管焊接在预埋洞门环的筒状环体内，在焊接过程中确保弧形伸缩钢板上的伸缩管和通孔与清理分支管上的分支孔对接，在清理分支管的焊接过程中避开正下方60°区域。
本发明较优的技术方案：在磁性钢片与盾体外壳或始发环管片背后钢板吸附之前，利用空压机系统向清理主管内加气，清除磁性钢片与盾构机壳体接触面的杂质；在步骤(6)中磁性钢片与始发环管片接触形成永久性刚性密封时，通过清理主管和清理分支管向两道伸缩式钢板之间注浆填充洞门间隙。
本发明的有益效果：
(1)本发明的洞门密封装置包括一道柔性密封件和两道刚性密封件，刚性密封结构采用弹性伸缩式封堵钢板，其钢板与盾体接触面设有磁性钢片，能够很好的对盾体倒锥形设计的间隙第一时间进行吸附封堵，形成密封结构，其密封效果好，再加上柔性密封件，可以避免盾构始发过程中出现涌水涌沙事故。
(2)本发明中的封堵钢板为伸缩式钢板，可以匹配盾构机和管片两种不同的直径，并设有收缩装置，实现钢板结构的保护作用，在盾构掘进过程中，可通过收缩装置给磁性钢板一个外力使其脱离盾体，避免盾构机在掘进过程中壳体向前移动，因为磁性作用力导致封堵钢板出现脱焊或变形。
(3)本发明的伸缩钢板设有三层，相邻两层钢板之间通过弹簧连接，弹簧的作用是为了克服建筑空隙之间的不均匀，逐级根据盾构掘进位置分别针对盾体、管片进行防护，同时在第三层钢板的内弧面加设密封条，使得封堵后的效果更佳。
(4)本发明中柔性密封件是由折页板和帘布组成，其折页板设置成弹性双折叠折页板，在原有折页板结构上增加一块反压板，反压板利用弹簧装置与折叠板结构相连，增加折页板的压力，并在反压板的背面焊接止推板结构，在反压板的背面焊接止推板，与折页板垂直，帘布向外挤压的过程中，使得折页板更好的包裹管片，形成密封，加强了折页板的封堵性能，并在折页板上设有防翻挡筋，可以减少外翻或折断的可能。
(5)本发明中柔性密封件中的帘布增加毛刺，并悬挂油脂球，覆盖网片结构，最后形成全环密封，充分利用油脂防水特性在盾构始发过程中形成一道防水屏障，减少了盾尾刷焊接拼装的麻烦，同时涂抹油脂过程简单化。
(6)本发明中的封堵钢板还设有磁性钢片清理管道，可以通过该管道通气来将磁性钢片吸附面的杂质冲掉，能够使其与对应结构之间紧固吸附；而且在盾构始发完成之后，可以通过该管道进行注浆，将钢板作为加强件，注入高强度砂浆或者混凝土，形成密实结构。
(7)本发明中的磁性钢片结构上预留了螺栓凹槽，在盾构管片到达设计位置是可以通过管片注浆孔结构进行连接形成整体。整套装置主要解决了盾构在富水复杂地层段始发期间涌水涌沙的问题，同时利用磁性原理吸附钢板形成整体结构，使得盾构端头井侧墙受力均衡。
附图说明
图1是盾构始发前本发明的结构示意图；
图2是盾构始发过程中本发明的结构示意图；
图3是弹性伸缩式封堵钢板的环面示意图；
图4是单片弧形伸缩钢板的结构示意图；
图5是图4中A-A剖面图；
图6是图4中B-B剖面图；
图7是图4中C-C剖面图；
图8是图4中D-D剖面图；
图9是单片弧形伸缩钢板端部放大示意图；
图10是磁性钢片清理装置的管路结构结构示意图；
图11是本发明中折页板的结构示意图；
图12是柔性密封件的环面示意图；
图13是环形橡胶帘布的剖面图；
图14是环形橡胶帘布的环面示意图；
图15是两道弹性伸缩式封堵钢板分别与盾体和始发管片接触时的示意图；
图16至图19为本发明盾构始发密封的过程示意图。
图中：1—预埋洞门环，100—筒状环体，101—外环板，2—环形橡胶帘布，200—毛刺，201—油脂球，202—网片，3—环形压板，4—折页压板，400—环向固定板，401—折叠板，402—反压板，403—弹性构件，404—拉绳，405 —拉绳连接件，406—止推板，407—防翻挡筋，5—磁性钢片清理装置，500 —注浆口，501—清理主管，5011—密封穿孔，502—清理孔，503—注浆和充气接头，504—清理分支管，505—伸缩管，6—锁紧螺栓，7—弹性伸缩式封堵钢板，700—伸缩弹簧，701—内层伸缩钢板，702—密封垫层，703—外层钢板套，704—中层钢板套，705—海绵密封条，706—密封条嵌入槽，707—通孔，8—磁性钢片，9—收紧装置，900—收紧机构，901—收紧钢丝绳，9011 —固定套管，10—盾构机外壳，11—洞门端头侧墙，12—始发管片，13—盾构机，14—柔性密封构件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图15为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例提供了一种用于盾构始发的组合式磁性洞门密封装置，如图1和图2所示，包括安装在盾构始发洞门处的预埋洞门环1，预埋洞门环1的筒状环体100预埋在始发洞门的内环面，其外环板101预埋在洞口的外端面形成截面为横向L型的支撑结构，其特征在于：所述密封装置包括设置在预埋洞门环外环板101外侧面的柔性密封构件和设置在筒状环体100内的磁性密封构件5，所述磁性密封构件包括环形弹性伸缩式封堵钢板7、收紧装置9、设置在弹性伸缩式封堵钢板7内环的磁性钢片8和磁性钢片清理装置5，所述弹性伸缩式封堵钢板7设有两道，两道弹性伸缩式封堵钢板7之间的间距为30～50cm，两道弹性伸缩式封堵钢板7的收紧装置和磁性钢片清理装置共用；所述弹性伸缩式封堵钢板7焊接在筒状环体100的内环面，其磁性钢片8为弧度与盾构机外壳10弧度相匹配的弧形片，并在盾构始发时与盾构机外壳10或始发管片12背部的钢板吸附形成密封结构。
实施例中的柔性密封构件如图1、图2和图11所示，包括环形橡胶帘布 2、环形压板3和多块折页压板4，所述折页压板4包括环向固定板400、折叠板401和反压板402，所述折叠板401的上、下边缘分别与环向固定板400 和反压板402铰链连接；折页压板4通过其环向固定板400压设在环形压板 3外，并通过锁紧螺栓6将环形压板3和环形橡胶帘布2固定在外环板101 上，其折叠板401压设在环形橡胶帘布2的外表面，在折叠板401远离环形橡胶帘布2的一面设有与反压板402连接的弹性构件403，在反压板402上设有拉绳404或拉绳连接件405。在反压板402未与折叠板401连接面设有多块止推板406，所述多块止推板406从反压板402的自由端朝向与折叠板 401的连接端高度依次升高，在环向固定板400与折叠板401的连接部位外侧设有防翻挡筋407，所述防翻挡筋407设置在环向固定板400的纵向中分线上；所述弹性构件403为压缩弹簧，其两端分别固定在折叠板401和反压板402上，且固定部分均远离折叠板401与反压板402的铰链部位。实施例中的环形橡胶帘布2如图13和图14所示，在其临近预埋洞门环1的一侧设有多个毛刺200，毛刺200通过植筋的方式在环形橡胶帘布制备过程中植入帘布内，与帘布形成一体，在毛刺200上挂设有油脂球201，并通过网片202 固定，网片202可以直接悬挂在毛刺200上，再加上油脂球201上吸附有油脂，具有一定的黏性，网片202不会随意脱落；实施例中的环形橡胶帘布2 由于悬挂有油脂球201,被挤压后形成很好的密封效果，同时对地层有一种过滤保留作用，避免沙土流失。
实施例中每道弹性伸缩式封堵钢板7是如图3所示，是由6块弧形伸缩钢板组成，每块弧形伸缩板的角度为60度；每块弧形伸缩钢板如图4至图8 所示，包括从外向内三层套接式伸缩钢板，每层伸缩钢板与其伸缩套之间设有伸缩弹簧700，所述磁性钢片8的环向长度小于内层伸缩钢板701的环向长度，并安装在内层伸缩钢板701的内环中部的位置，在内层伸缩钢板701 内环未设置磁性钢片8的部位设有与磁性钢片8厚度相同的橡胶密封垫层702。每块弧形伸缩钢板的中层钢板套704和内层伸缩钢板701两侧分别设有海绵密封条705，在中层钢板套704和内层伸缩钢板701的两侧端面对应开设有密封条嵌入槽706，所述海绵密封条705在两伸缩钢板呈收缩状态时，嵌入对应的密封条嵌入槽706内，并在伸缩钢板伸出状态时，将相邻两块弧形伸缩钢板之间的间隙密封。
实施例中每块弧形伸缩钢板配套设有一个收紧装置和一套磁性钢片清理装置，如图1和图2所示，所述清理装置5包括预埋在洞门端头侧墙11内的清理主管501、安装在筒状环体100内侧的清理分支管504、设置在弹性伸缩式封堵钢板7内的伸缩管505和开设在磁性钢片8上的清理孔502，所述清理主管501外端置于洞门外侧，并设有注浆和充气接头503，内端伸入筒状环体100内侧通过清理分支管504分别与两道弹性伸缩式封堵钢板7内的伸缩管505密封连接，每个弹性伸缩式封堵钢板7内的伸缩管505与其对应的磁性钢片8上的清理孔502密封连通。如图4、图5和图10所示，所述伸缩管505设置在每层伸缩钢板与其伸缩套之间，伸缩管505可以采用波纹管或者套接式伸缩管，可以自动伸缩，在外层钢板套703、中层钢板套704以及内层伸缩钢板701上对应开设有与伸缩管505以及清理孔502连通的通孔707；所述伸缩管505、通孔707以及清理孔502均设置在磁性钢片8中心位置，且三者在同一直线上，形成一个相通的清理管道，并通过清理分支管504 与清理主管501连通，通过通气的方式来对磁性钢片8的内环面的杂质经常清除，使其能够保持较好的磁性，能够与盾构机外壳10或盾构管片外壁进行吸附，进行很好的密封。
实施例中每块弧形伸缩钢板配套的收紧装置如图1和图2所示，包括设置在洞门外侧的收紧机构900和收紧钢丝绳901，所述收紧机构900采用手拉葫芦，方便安装使用。为了方便收紧钢丝绳901的安装，在清理主管501 临近外端接头的位置设有密封穿孔5011，密封穿孔5011的位置设有密封橡胶圈，也可以采用其它现有的密封结构，确保不会出现清理主管501漏气的现象，也可以在安装清理主管501时，将密封穿孔5011贴着安装孔的内壁，也可以避免漏气的现象；每个收紧装置的收紧钢丝绳901端部设有与磁性钢片8的清理孔502相匹配的固定套管9011，收紧钢丝绳901通过其端部的固定套管9011固定安装在清理孔502的孔口，其另一端沿着伸缩钢板内的孔洞 707和伸缩管505延伸至清理分支管504和清理主管501内，并从密封穿孔 5011穿出后伸出洞门端面与收紧机构900连接，并由收紧机构900控制收紧钢丝绳901带动磁性钢片8环向移动。本发明中的收紧钢丝绳901连通清理装置一起安装。
实施例中的清理装置5除了进行充气对磁性钢片8内环面进行杂质清除外，还可以在盾构始发完成后进行注浆，为了方便注浆在清理分支管504的两端分别设有带压力控制阀的注浆口500，所述注浆口500处压力控制阀的压力大于充气压力小于注浆压力，在清理主管501外端的注浆和充气接头503 连接充气装置清洗杂质时，注浆口500处的压力控制阀处于关闭状态，在盾构始发完成之后，与注浆装置连接进行注浆时，此处的压力控制阀达到设定压力自动打开，进行注浆。
下面结合具体实施例对本发明中的盾构始发密封方法进一步说明，该实施例位于富水复杂地层，使用上述装置进行密封，其具体施工步骤如下如下：
(1)盾构端头加固效果检验，在洞门加固体上按照“米”字形布置水平探孔，根据取芯的完整程度确定是否具备破除洞门的条件；始发托架安装定位，盾构机下井组装调试，并做好盾构始发其他相关工作，其中需要提前计算始发环管片达到洞门钢圈的位置；
(2)在预埋洞门环1的外环板101的预留螺栓凹槽内装双头螺栓，其次将带有毛刺结构的环形橡胶帘布2安装在外环板101上，再安装弧形钢板组成环形压板3，最后安装折页板4，并将折页板4的反压板402通过拉绳404 悬挂在双头螺栓上使得弹簧处于压缩状态，如图1所示，保证盾构机进洞时反压板不被挤入。
(3)如图1、2和图10所示，将每块弧形伸缩钢板的收紧装置9的收紧钢丝绳901端部的固定套管9011安装到弹性伸缩式封堵钢板7磁性钢片8的清理孔502内，并将收紧钢丝绳901从弹性伸缩式封堵钢板7内的伸缩管505 和通孔707穿出；在洞门端头侧墙11上钻设清理主管501的预埋孔，将清理装置的清理主管501和清理分支管504固定连接，并将穿出弹性伸缩式封堵钢板7的收紧钢丝绳901伸入清理分支管504和清理主管501，并从清理主管501上的密封穿孔5011穿出后固定在清理主管501的充气和注浆端口，将连接有收紧钢丝绳901的清理主管501从预先钻设在洞门端头侧墙11的预埋孔穿出洞门端头侧墙11外，之后将收紧钢丝绳901固定在清理主管501的充气和注浆端口的端部解开与固定在洞门端头侧墙11上的手拉葫芦连接，并在清理主管501的端口安装充气和注浆接头；并将弧形伸缩钢板焊接在筒状环体100，在焊接过程中确保弧形伸缩钢板上的伸缩管505和通孔707与清理分支管504上的分支孔对接，为了不影响弧形伸缩钢板的焊接，可以将清理分支管504嵌入筒状环体100内，或者在弧形伸缩钢板的焊接部位设有卡槽。六块弧形伸缩钢板及对应的收缩装置和清洗装置的安装方式类似，在焊接拼装时，需要避开正下方60°区域，防止施工操作不便。
(4)洞门破除前，把手涂油脂揉成小球悬挂在洞门帘布上，第一阶段完成上部70％范围，并安装网片结构，形成整体并可以防止脱落；在最后迎土面钢筋切割前，按上述方法完成剩余30％范围，防止破除过程中石块遗留在油脂内最后刺穿帘布，挂有油脂小球的环形橡胶帘布2与环形压板3、折页板4组成柔性密封构件14；洞门的破除过程大多数采用人工进行，素混凝土结构可以采用盾构机切磨。
(5)洞门破除完成之后，盾构始发之前，如图16所示，先通过收紧装置将伸缩钢板缩回，保证盾构机可以正常穿过；开始盾构掘进，待盾构刀盘与折页板结构的折叠板401接触时，解除反压板402与双头螺栓连接，使得反压板402与盾体接触，进行柔性密封；如图17至图19所示，在整个始发过程中洞门帘布及折页板结构都起到密封的作用；
(6)盾构继续前进，待盾构机到达磁性钢片8位置后，在盾构掘进完成一环后开始拼装的过程中，如图17所示，放松收紧装置9使得两道弹性伸缩式封堵钢板7的磁性钢片8均吸附在盾构机外壳10上，形成密封结构，然后在盾尾壳体保护下进行负环管片拼装；在吸附之前，可以先利用空压机系统向清理主管501内加气，清除磁性钢板8与盾构机壳体接触面的杂质，使得吸附效果更佳；加气压力小于等于1.0bar；
(7)在盾构机每环盾构管片拼装完成后继续前进前，通过收紧钢丝绳901 向外同时收缩两道弹性伸缩式封堵钢板7，使得两道弹性伸缩式封堵钢板7 的磁性钢片8暂时离开盾体9，一般收缩值控制在2～3cm左右，使得磁性钢片8与盾体9分离，防止盾构机向前移动过程中将弧形钢板拖拉变形，失去伸缩效果；
(8)重复步骤(6)和步骤(7)，当盾构掘进至第一道弹性伸缩式封堵钢板7与始发管片2接触，第二道弹性伸缩式封堵钢板7与盾体8接触时，如图18所示，在弹性伸缩式封堵钢板7的伸缩弹簧700的作用下，两道弹性伸缩式封堵钢板7可以根据盾构掘进位置分别针对盾体、始发管片进行防护；同时在盾尾进入端头侧墙时，反压板被弹簧压紧在管外表面，形成加强结构，避免常规的折页板失效；在始发管片12脱出盾尾后，利用空压机加气再次清理磁性钢片8的接触面；始发管片12背部设有钢板，重复步骤(6)和步骤 (7)盾构继续掘进，直至盾构机全部进入地层当中，使得两道弹性伸缩式封堵钢板7的磁性钢片8均与始发管片12接触后与其背部的钢板吸附，如图 19所示，伸缩钢板不在移动，形成永久性刚性密封，不拆除，完成盾构始发过程；
(9)完成盾构始发后，将清理分支管504和清理主管501作为注浆管道，开始填充建筑空隙，形成永久结构；注浆过程中压力大于充气压力，清理分支管504两端压力阀的压力值满足冲气过程中密封，注浆过程中打开，在注浆过程中，清理分支管504两端压力阀打开，最终可以将洞门位置建筑空隙填充饱满，其中注浆压力大于等于1.5bar，注浆材料可以是高强度的混凝土或双液浆。
本发明中的洞门帘布及折页板结构在整个始发过程中作为临时性柔性密封，待整个始发施工流程结束后拆除。
综上所述，为本发明列举的一个实施例，但本发明不仅限于上述实施例，只要以任何相同或相似的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明保护的范围。
Claims (11)
1.一种用于盾构始发的洞门密封装置，包括安装在盾构始发洞门处的预埋洞门环(1)，预埋洞门环(1)的筒状环体(100)预埋在始发洞门的内环面，其外环板(101)预埋在洞口的外端面，其特征在于：所述密封装置包括设置在预埋洞门环外环板(101)外侧面的柔性密封构件和设置在筒状环体(100)内的磁性密封构件；所述柔性密封构件包括环形橡胶帘布(2)、环形压板(3)和多块折页压板(4)，每块折页压板(4)包括环向固定板(400)、折叠板(401)和反压板(402)，所述折叠板(401)的上、下边缘分别与环向固定板(400)和反压板(402)铰链连接，折页压板(4)通过其环向固定板(400)压设在环形压板(3)外，并通过锁紧螺栓(6)将环形压板(3)和环形橡胶帘布(2)固定在外环板(101)上，其折叠板(401)压设在环形橡胶帘布(2)的外表面，在折叠板(401)远离环形橡胶帘布(2)的一面设有与反压板(402)连接的弹性构件(403)，在反压板(402)上设有拉绳(404)或拉绳连接件(405)；所述磁性密封构件包括两道环形弹性伸缩式封堵钢板(7)、收紧装置(9)和设置在每道弹性伸缩式封堵钢板(7)内环的磁性钢片(8)，所述弹性伸缩式封堵钢板(7)焊接在筒状环体(100)的内环面，其磁性钢片(8)为弧度与盾构机外壳(10)弧度相匹配的弧形片，并在盾构始发过程中与盾构机外壳(10)或始发管片(12)背部的钢板吸附形成密封结构；所述收紧装置包括设置在洞门外侧的收紧机构(900)和收紧钢丝绳(901)，所述收紧钢丝绳(901)伸入预埋洞门环(1)内侧与磁性钢片(8)连接，在收紧机构(900)的作用，收紧钢丝绳(901)带动两道两道弹性伸缩式封堵钢板(7)的磁性钢片(8)环向向外收缩。
2.根据权利要求1所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：所述磁性密封构件还包括磁性钢片清理装置(5)，所述清理装置包括预埋在洞门环端头侧墙(11)内的清理主管(501)、安装在筒状环体(100)内侧的清理分支管(504)、设置在弹性伸缩式封堵钢板(7)内的伸缩管(505)和开设在磁性钢片(8)上的清理孔(502)；所述清理主管(501)外端置于洞门外侧，并设有注浆和充气接头(503)，内端通过清理分支管(504)分别与两道弹性伸缩式封堵钢板(7)内的伸缩管(505)密封连接，每个弹性伸缩式封堵钢板(7)内的伸缩管(505)与其对应的磁性钢片(8)上的清理孔(502)密封连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：所述环形橡胶帘布(2)临近预埋洞门环(1)的一侧设有多个毛刺(200)，在毛刺(200)上挂设有油脂球(201)，并通过网片(202)固定。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：在反压板(402)未与折叠板(401)连接面设有多块止推板(406)，所述多块止推板(406)从反压板(402)的自由端朝向与折叠板(401)的连接端高度依次升高，在环向固定板(400)与折叠板(401)的连接部位外侧设有防翻挡筋(407)，所述防翻挡筋(407)设置在环向固定板(400)的纵向中分线上；所述弹性构件(403)为压缩弹簧，其两端分别固定在折叠板(401)和反压板(402)上，且固定部分均远离折叠板(401)与反压板(402)的铰链部位。
5.根据权利要求2所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：所述环形弹性伸缩式封堵钢板(7)是由6～8块弧形伸缩钢板组成；每块弧形伸缩钢板包括从外向内三层套接式伸缩钢板，每层伸缩钢板与其伸缩套之间设有伸缩弹簧(700)，所述磁性钢片(8)的环向长度小于内层伸缩钢板(701)的环向长度，并安装在内层伸缩钢板(701)的内环中部的位置，在内层伸缩钢板(701)内环未设置磁性钢片(8)的部位设有与磁性钢片(8)厚度相同的密封垫层(702)；所述伸缩管(505)设置在每层伸缩钢板与其伸缩套之间，在外层钢板套(703)、中层钢板套(704)以及内层伸缩钢板(701)上对应开设有与伸缩管(505)以及清理孔(502)连通的通孔(707)。
6.根据权利要求2所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：所述清理主管(501)外端的注浆和充气接头(503)在盾构之前与充气装置连接，通过充气消除磁性钢片(8)临近盾构机外壳(10)一侧的杂质，在盾构完成之后，与注浆装置连接进行注浆；在清理分支管(504)的两端分别设有带压力控制阀的注浆口(500)，所述注浆口(500)处压力控制阀的压力大于充气压力小于注浆压力。
7.根据权利要求5所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：每块弧形伸缩钢板配套设有一个收紧装置和一套磁性钢片清理装置，在清理主管(501)临近外端接头的位置设有密封穿孔(5011)，每个收紧装置的收紧钢丝绳(901)端部设有与磁性钢片(8)的清理孔(502)相匹配的固定套管(9011)，收紧钢丝绳(901)通过其端部的固定套管(9011)固定安装在清理孔(502)的孔口，其另一端沿着伸缩钢板内的孔洞(707)和伸缩管(505)延伸至清理分支管(504)和清理主管(501)内，并从密封穿孔(5011)穿出后伸出洞门端面与收紧机构(900)连接，并由收紧机构(900)控制收紧钢丝绳(901)带动磁性钢片(8)环向移动；所述收紧机构(900)采用手拉葫芦；所述两道磁性密封构件之间的间距为30～50cm，两道磁性密封构件相对应的伸缩钢板共用同一套收紧装置和磁性钢片清理装置。
8.根据权利要求5所述的一种用于盾构始发的洞门密封装置，其特征在于：每块弧形伸缩钢板的中层钢板套(704)和内层伸缩钢板(701)两侧分别设有海绵密封条(705)，在中层钢板套(704)和内层伸缩钢板(701)的两侧端面对应开设有密封条嵌入槽(706)，所述海绵密封条(705)在两伸缩钢板呈收缩状态时，嵌入对应的密封条嵌入槽(706)内，并在伸缩钢板伸出状态时，将相邻两块弧形伸缩钢板之间的间隙密封。
9.一种用于盾构始发的洞门密封方法，其特征在于使用权利要求1至8中任意一项中的洞门密封装置进行密封，其具体步骤如下：
(1)始发前，针对盾构端头加固效果检验，并做好盾构始发前准备，然后安装洞门密封装置，洞门密封装置的安装过程如下：
a.在预埋洞门环的外环板依次安装带有毛刺结构的环形橡胶帘布、环形压板和折页板组成柔性密封构件，并将将折页板的反压板通过拉绳悬挂在固定柔性密封构件的双头螺栓上使得弹簧处于压缩状态；
b.在洞门侧墙位置安装磁性密封构件的收紧装置，在预埋洞门环的筒状环体内焊接两道环形弹性伸缩式封堵钢板，两道环形弹性伸缩式封堵钢板的间距为30～50cm，并收紧装置的收紧钢丝绳穿过预埋洞门环的筒状环体与两道环形弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片连接；
(2)在洞门破除前，把手涂油脂揉成小球悬挂在带有毛刺结构的环形橡胶帘布上，并通过网片结构将油脂小球固定，第一阶段完成上部60％～75％范围，然后开始破除洞门，并在最后迎土面钢筋切割前，按上述方法完成剩余25％～40％范围；所述洞门的破除过程采用人工进行，素混凝土结构采用盾构机切磨；
(3)洞门破除完成之后，盾构始发之前，先通过收紧装置将两道环形弹性伸缩式封堵钢板缩回，保证盾构机可以正常穿过；开始盾构掘进，待盾构刀盘与折页板结构的折叠板接触时，解除反压板与双头螺栓连接，使得反压板与盾体接触，进行柔性密封，并在整个始发过程中洞门帘布及折页板结构都起到临时柔性密封的作用；
(4)盾构继续前进，待盾构机到达弹性伸缩式封堵钢板的位置后，准备开始拼装管片，并放松收紧装置使得一道或两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片吸附在盾构机外壳上，形成刚性密封结构，然后在盾尾壳体保护下进行负环管片拼装；
(5)在每环盾构管片拼装完成后，掘进前通过收紧钢丝绳向外同时收缩两道弹性伸缩式封堵钢板，使得两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片暂时离开盾构机外壳，然后盾构机继续盾构前进；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)，直至盾构机全部进入地层中，使得两道弹性伸缩式封堵钢板的磁性钢片均与始发环管片背后钢板接触后，伸缩钢板不在移动，此时两道弹性伸缩式封堵钢板形成永久性刚性密封，完成盾构始发。
10.根据权利要求9所述的一种用于构始发的洞门密封方法，其特征在于所述步骤(1)中磁性密封构件还包括管片清理装置，其收紧装置和管片清理装置的具体安装过程如下：将每块弧形伸缩钢板的收紧装置的收紧钢丝绳端部的固定套管安装到弹性伸缩式封堵钢板磁性钢片的清理孔内，并将收紧钢丝绳从弹性伸缩式封堵钢板内的伸缩管和通孔穿出；在洞门端头侧墙上钻设清理主管的预埋孔，将清理装置的清理主管和清理分支管固定连接，并将穿出弹性伸缩式封堵钢板的收紧钢丝绳伸入清理分支管和清理主管，并从清理主管上的密封穿孔穿出后固定在清理主管的充气和注浆端口，将连接有收紧钢丝绳的清理主管从预先钻设在洞门端头侧墙的预埋孔穿出洞门端头侧墙外，之后将收紧钢丝绳固定在清理主管的充气和注浆端口的端部解开与固定在洞门端头侧墙上的手拉葫芦连接，并在清理主管充气和注浆端口安装充气和注浆接头；之后将弧形伸缩钢板和清理分支管焊接在预埋洞门环的筒状环体内，在焊接过程中确保弧形伸缩钢板上的伸缩管和通孔与清理分支管上的分支孔对接，在清理分支管的焊接过程中避开正下方60°区域。
11.根据权利要求10所述的一种用于盾构始发的洞门密封方法，其特征在于：在磁性钢片与盾体外壳或始发环管片背后钢板吸附之前，利用空压机系统向清理主管内加气，清除磁性钢片与盾构机壳体接触面的杂质；在步骤(6)中磁性钢片与始发环管片接触形成永久性刚性密封时，通过清理主管和清理分支管向两道伸缩式钢板之间注浆填充洞门间隙。
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