CN111911172A - 一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构。解决了现有技术中密封结构密封不彻底，在水、浆液压力较大时容易漏水漏浆的问题。本发明的技术方案是：包括预埋环板和固定环板，所述预埋环板的截面形状为L形，其中一侧与盾构机的轴线垂直，另一侧与盾构机的外壳平行，所述预埋环板与盾构机轴线垂直的一侧设置有钢包边式橡胶帘布，所述钢包边式橡胶帘布位于预埋环板与固定环板之间并通过紧固螺栓固定，所述固定环板连接有折页翻板，所述预埋环板的内侧设置有压缩式自密封结构。本发明采用双层自密封结构和中间阻力式压缩弹簧密封，能有效解决洞门橡胶帘布密封困难的问题，适用于盾构始发接收洞门的密封。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构。
背景技术
随着现代社会的高速发展和大规模推进城镇化建设进程，中心城市交通压力日益增大，人们对城市地铁的需求日益增长。盾构隧道施工因其有机械化程度高、施工速度快、对地面建筑物影响小等优点，得到广泛的应用，而在盾构施工中盾构始发接收是其中最重要的步骤之一。在始发阶段，洞门可能发生涌水、涌沙、透水塌陷等安全事故，特别是在富水软土地质条件下，因涌水涌砂造成端头的地面沉陷、坍塌乃至建筑物倒塌、盾构被淹被埋等重大事故源源不断，为保证盾构能够安全的始发和到达，除端头加固措施外，在洞门结构上施作密封变得尤为重要，如果密封措施做得到位，可以有效减少洞门加固改良措施。
在国内常用的洞门密封措施仅仅是对土体加固改良措施的一种补强。无法完全取代土体加固改良措施，为了进一步降低风险，为保证盾构能够安全顺利的始发，需考虑研究洞门密封装置的结构形式及施工方式，目前常用的洞门密封施工方法为采用橡胶帘布配合折页板来达到洞门密封的目的。
目前洞门密封装置的作用是在盾构预留孔洞周圈设置环形密封橡胶板，盾体通过时密封橡胶板在盾体与预留孔洞之间形成封闭，使地下水或泥砂不会从盾体周边涌出，盾体完全离开洞门后，密封橡胶板将在管片与预留孔洞间形成封闭，防止泥浆涌出，确保洞门安全。
常用的洞门密封装置由预埋环板、环形橡胶帘布、固定环板、密封翻板(组合件)、锚固螺栓以及钢丝绳等组成，预埋环板安装应平顺，与墙体的锚固牵靠。盾构机掘进时应注意刀盘位置没完全通过橡胶板时应禁止转动，以防刀盘将密封装置扯坏，造成密封失效。
目前，国内外盾构始发或接收中使用的密封装置主要为折压板配合止水橡胶帘布的运用最为广泛。但当水、浆液压力较大时应尽量避免使用，存在的缺陷主要为:如密封结构相对简单、极易漏水、漏浆、橡胶变形、老化引起的密封失效等问题，在水土压力较小时，需要盾构机快速通过并及时注浆可以应用，此外在盾构施工过程中起主要密封作用为普通橡胶材质，因橡胶抗拉强度相对较低，往往容易损坏失效，导致涌水突泥事故，对盾构的整体施工造成极大的质量和安全隐患。
发明内容
针对现有技术中密封结构密封不彻底，在水、浆液压力较大时容易漏水漏浆的问题，本发明提供一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其目的在于：增强密封效果，防止泥浆涌出，消除质量和安全隐患。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，包括预埋环板和固定环板，所述预埋环板的截面形状为L形，其中一侧与盾构机的轴线垂直，另一侧与盾构机的外壳平行，所述预埋环板与盾构机轴线垂直的一侧设置有钢包边式橡胶帘布，所述钢包边式橡胶帘布位于预埋环板与固定环板之间并通过紧固螺栓固定，所述固定环板连接有折页翻板，所述预埋环板的内侧设置有压缩式自密封结构。
采用该技术方案后，压缩式自密封结构能够顶紧盾构壳体，可有效阻止浆液渗漏，极大提高洞门密封效果，可减少洞门端头加固措施，节约成本，并且能够消除质量和安全隐患。
作为优选，所述压缩式自密封结构包括沿预埋环板环向设置的密封托盘，所述密封托盘中设置有高分子橡胶密封塞。
采用该优选方案后，当盾构机刀盘经过压缩式自密封结构后，高分子橡胶密封塞的压缩量为50％～60％，高分子橡胶密封塞接触盾壳并挤压变形形成自密封结构，高分子橡胶密封塞与盾构机壳体及管片为弹性接触，可有效阻止浆液渗漏。
作为优选，所述高分子橡胶密封塞上设置有高分子全橡胶塞扣，所述钢包边式橡胶帘布的末端设置有橡胶包边塞扣，所述橡胶包边塞扣与高分子全橡胶塞扣形成子母反扣塞结构。
采用该优选方案后，盾构头完全通过密封结构后，由于盾构机的挤压变形，钢包边式橡胶帘布上的橡胶包边塞扣与高分子全橡胶塞扣搭接形成子母反扣塞结构，起到二次密封的作用，并且当填充料注入压力越大，子母扣受压后越紧贴，密封效果越好。此密封结构稳固，密封过程无需人工干预和调节。
作为优选，所述高分子全橡胶塞扣包括合金钢片骨架，所述合金钢片骨架外侧包覆有高分子硬质橡胶。
采用该优选方案后，高分子全橡胶塞扣的伸缩性低、延展性高，与钢包边式橡胶帘布上的橡胶包边塞扣形成的子母反扣塞结构更加稳定，密封效果更好。
作为优选，所述预埋环板上设置有数个内螺纹套筒，所述高分子橡胶密封塞中设置有数个沉头安装孔，所述沉头安装孔中设置有螺栓，所述螺栓依次穿过高分子橡胶密封塞、密封托盘和预埋环板与内螺纹套筒连接。
采用该优选方案后，高分子橡胶密封塞与预埋环板之间的连接简单方便，托盘可拆卸，高分子橡胶塞安装方便易维护，可根据不同的工况需要定制换装高分子橡胶密封。而且内螺纹套筒端部与预埋环板焊接密封，能够防止浆液侵蚀内螺纹，并防止浆液从内螺纹处渗漏。设置多道密封，能够进一步提高洞门密封效果，可减少洞门端头加固措施密封效果，提高安全性。
作为优选，所述密封托盘上设置有托盘中环板，所述托盘中环板上设置有弹簧导向轴，所述弹簧导向轴外侧套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端与托盘中环板接触，另一端与高分子橡胶密封塞接触。
采用该优选方案后，压缩弹簧能够将高分子橡胶密封塞与盾构机壳体或管片顶紧，使高分子橡胶密封塞能有效紧贴盾构机壳体，压缩弹簧的压缩量越大，高分子橡胶密封塞与盾构机壳体贴的越近，密封效果越好。压缩弹簧可更换，当原来的压缩弹簧的压紧效果不好时，可更换弹力更强的压缩弹簧，进一步增强密封效果。
作为优选，所述高分子橡胶密封塞的数量为数块，每块高分子橡胶密封塞的两端设置有密封承插式子母扣，数块高分子橡胶密封塞通过密封承插式子母扣沿密封托盘的环向相互首尾连接。
采用该优选方案后，高分子橡胶密封塞设计实用简单，相邻端头采用承插式连接，经过反复压力试验验证接头密封性，工厂订做，完全弹性密贴，接触拆卸方便，可进行多次周转使用，可根据不同的工况和设计要求安装调节。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.压缩式自密封结构能够贴紧盾构壳体，可有效阻止浆液渗漏，极大提高洞门密封效果，可减少洞门端头加固措施，节约成本，并且能够消除质量和安全隐患。
2.当盾构机刀盘经过压缩式自密封结构后，高分子橡胶密封塞的压缩量为50％～60％，高分子橡胶密封塞接触盾壳并挤压变形形成自密封结构，高分子橡胶密封塞与盾构机壳体及管片为弹性接触，可有效阻止浆液渗漏。
3.盾构头完全通过密封结构后，由于盾构机的挤压变形，钢包边式橡胶帘布上的橡胶包边塞扣与高分子全橡胶塞扣搭接形成子母反扣塞结构，起到二次密封的作用，并且当填充料注入压力越大，子母扣受压后越紧贴，密封效果越好。此密封结构稳固，密封过程无需人工干预和调节。
4.高分子全橡胶塞扣的伸缩性低、延展性高，与钢包边式橡胶帘布上的橡胶包边塞扣形成的子母反扣塞结构更加稳定，密封效果更好。
5.高分子橡胶密封塞与预埋环板之间的连接简单方便，托盘可拆卸，高分子橡胶塞安装方便易维护，可根据不同的工况需要定制换装高分子橡胶密封。而且内螺纹套筒端部与预埋环板焊接密封，能够防止浆液侵蚀内螺纹，并防止浆液从内螺纹处渗漏。设置多道密封，能够进一步提高洞门密封效果，可减少洞门端头加固措施密封效果，提高安全性。
6.压缩弹簧能够将高分子橡胶密封塞与盾构机壳体或管片顶紧，使高分子橡胶密封塞能有效紧贴盾构机壳体，压缩弹簧的压缩量越大，高分子橡胶密封塞与盾构机壳体贴的越近，密封效果越好。压缩弹簧可更换，当原来的压缩弹簧的压紧效果不好时，可更换弹力更强的压缩弹簧，进一步增强密封效果。
7.高分子橡胶密封塞结构简单，相邻端头采用承插式连接，经过反复压力试验验证接头密封性，工厂订做，完全弹性密贴，接触拆卸方便，可进行多次周转使用，可根据不同的工况和设计要求安装调节。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是密封托盘与高分子橡胶密封塞的结构示意图；
图3是高分子橡胶密封塞的连接结构示意图；
图4是本发明的工作状态示意图。
其中，1-内衬，2-预埋环板，3-固定环板，4-折页翻板，5-钢包边式橡胶帘布，6-紧固螺栓，7-密封托盘，8-高分子橡胶密封塞，9-高分子全橡胶塞扣，10-橡胶包边塞扣，11-填充料，12-压缩弹簧，13-内螺纹套筒，14-托盘中环板，15-弹簧导向柱，16-沉头安装孔，17-密封承插式子母扣，18-盾构机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1～图4对本发明作详细说明。
一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，包括预埋环板2和固定环板3。所述预埋环板2的截面形状为L形，沿隧道洞门环形设置，预埋环板2的一侧与盾构机轴线垂直，另一侧与盾构机外壳平行。所述预埋环板2与盾构机轴线垂直的一侧设置有钢包边式橡胶帘布5，所述钢包边式橡胶帘布5位于预埋环板2与固定环板3之间并通过型号为M14的紧固螺栓6固定。所述固定环板3连接有折页翻板4，折页翻板4的主要作用是压紧钢包边式橡胶帘布5，防止钢包边式橡胶帘布5在盾构机推进过程中翻边。所述预埋环板2的内侧设置有压缩式自密封结构。压缩式自密封结构安装位置距离洞口钢包边式橡胶帘布5安装处300～400mm处(根据洞门处预埋环板2设计要求可调整安装位置)。
本实施例中，所述压缩式自密封结构包括沿预埋环板2环向设置的密封托盘7，所述密封托盘7为组焊件，焊接于预埋环板2的内壁上，密封托盘7中设置有高分子橡胶密封塞8。当盾构机刀盘经过压缩式自密封结构后高分子橡胶密封塞8的压缩量可达到50％～60％，高分子橡胶密封塞8被挤压变形形成自密封结构，防止刀盘侧面泥水沿洞门进入工作井，达到洞门防水止浆的效果。
本实施例中，所述高分子橡胶密封塞8上设置有高分子全橡胶塞扣9，所述钢包边式橡胶帘布5的末端设置有橡胶包边塞扣10，所述橡胶包边塞扣10与高分子全橡胶塞扣9形成子母反扣塞结构。盾构头完全通过密封结构后，由于盾构机的挤压变形，钢包边式橡胶帘布5上的橡胶包边塞扣10与高分子全橡胶塞扣9搭接形成子母反扣塞结构，起到二次密封的作用，并且填充料注入压力越大，子母扣受压后越紧贴，密封效果越好。
本实施例中，所述高分子全橡胶塞扣9包括合金钢片骨架，所述合金钢片骨架外侧包覆有高分子硬质橡胶。
本实施例中，所述预埋环板2上焊接有两排内螺纹套筒13，内螺纹套筒13开口的一端与预埋环板2焊接密封，防止浆液侵蚀内螺纹。所述高分子橡胶密封塞8中设置有两排沉头安装孔16，沉头安装孔16横向间距150mm，纵向间距250mm沿高分子橡胶密封塞8的圆周方向均布，所述沉头安装孔16中设置有螺栓，所述螺栓依次穿过高分子橡胶密封塞8、密封托盘7和预埋环板2与内螺纹套筒13连接。
所述密封托盘7上设置有托盘中环板14，所述托盘中环板14上设置有弹簧导向轴15，所述弹簧导向轴15外侧套设有压缩弹簧12，所述压缩弹簧12一端与托盘中环板14接触，另一端与高分子橡胶密封塞8接触形成承力结构。
本实施例中，所述高分子橡胶密封塞8的数量沿密封托盘的圆环方向为八块，每块高分子橡胶密封塞8的两端设置有密封承插式子母扣17，数块高分子橡胶密封塞8通过密封承插式子母扣17沿密封托盘7的环向相互首尾连接，能有效阻止连接缝隙的渗漏。高分子橡胶密封塞8的宽度为300mm，厚度根据设计要求和相关参数定制，橡胶采用高分子耐腐蚀、耐高温硅氟特殊材料制作，加工方式采用模具硫化挤压成型，其硬度度、承压能力、极限压缩量可根据要求定制。
由于钢包边式橡胶帘布5下边缘一面为凸起状且带塞扣，另一面光滑状，为确保钢包边式橡胶帘布5安装质量，塞扣对着工作井为反装，塞扣对着隧道为正装。高分子橡胶密封塞8安装时应保证平顺、无突起，密封托盘7和预埋环板2的连接应紧密，焊高不超过5mm。盾构机通过本密封结构时应注意刀盘所在的位置，刀盘未完全通过高分子橡胶密封塞8时应禁止转动，以防刀盘将高分子橡胶密封塞8扯坏，造成密封失效。
本发明解决了盾构始发密封不彻底，易出现渗漏浆的情况，采用双层自密封结构和中间阻力式压缩弹簧密封，能有效解决洞门橡胶帘布密封困难的问题，可减少洞门端头加固措施节约施工成本。密封结构与预埋环板2连接简单方便，密封托盘可拆卸，高分子橡胶密封塞8安装方便易维护，可根据不同的工况需要定制换装高分子橡胶密封。
本发明自密封性能较高，地层适应性广，拓展性高，可适用于其他始发端存在不良地质和对于地表沉降控制要求较高的工况。
本发明这种双层自密封结构有效规避洞门涌沙、涌水的风险，且防水性能好、易安装、连接可靠、稳定牢固，代替以往单一的施工密封做法，普通的洞门密封环板对于解决盾构出洞时的坍塌及喷涌风险是较为困难的，此项技术应用可减省去钢套筒密封始发工作量，同样能保证密封效果。可解决普通洞门密封环板采用压板及钢丝绳对盾体或管片进行勒紧而失效的问题。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：包括预埋环板(2)和固定环板(3)，所述预埋环板(2)的截面形状为L形，其中一侧与盾构机的轴线垂直，另一侧与盾构机的外壳平行，所述预埋环板(2)与盾构机轴线垂直的一侧设置有钢包边式橡胶帘布(5)，所述钢包边式橡胶帘布(5)位于预埋环板(2)与固定环板(3)之间并通过紧固螺栓(6)固定，所述固定环板(3)连接有折页翻板(4)，所述预埋环板(2)的内侧设置有压缩式自密封结构。
2.根据权利要求1所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述压缩式自密封结构包括沿预埋环板(2)环向设置的密封托盘(7)，所述密封托盘(7)中设置有高分子橡胶密封塞(8)。
3.根据权利要求2所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述高分子橡胶密封塞(8)上设置有高分子全橡胶塞扣(9)，所述钢包边式橡胶帘布(5)的末端设置有橡胶包边塞扣(10)，所述橡胶包边塞扣(10)与高分子全橡胶塞扣(9)形成子母反扣塞结构。
4.根据权利要求3所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述高分子全橡胶塞扣(9)包括合金钢片骨架，所述合金钢片骨架外侧包覆有高分子硬质橡胶。
5.根据权利要求2所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述预埋环板(2)上设置有数个内螺纹套筒(13)，所述高分子橡胶密封塞(8)中设置有数个沉头安装孔(16)，所述沉头安装孔(16)中设置有螺栓，所述螺栓依次穿过高分子橡胶密封塞(8)、密封托盘(7)和预埋环板(2)与内螺纹套筒(13)连接。
6.根据权利要求2所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述密封托盘(7)上设置有托盘中环板(14)，所述托盘中环板(14)上设置有弹簧导向轴(15)，所述弹簧导向轴(15)外侧套设有压缩弹簧(12)，所述压缩弹簧(12)一端与托盘中环板(14)接触，另一端与高分子橡胶密封塞(8)接触。
7.根据权利要求2所述的一种新型盾构始发接收洞门调压自密封式结构，其特征在于：所述高分子橡胶密封塞(8)的数量为数块，每块高分子橡胶密封塞(8)的两端设置有密封承插式子母扣(17)，数块高分子橡胶密封塞(8)通过密封承插式子母扣(17)沿密封托盘(7)的环向相互首尾连接。
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