CN216811690U - 一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，包括洞门预埋钢环，所述洞门预埋钢环的外侧固定安装有外延钢环，所述外延钢环的环向侧开设有注孔，所述外延钢环的内侧壁上焊接有固定卡槽。该适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，提供了三道密封防水系统，极大的提高了密封防水能力，为较高水压条件下的盾构始发提供安全保障；与现有的盾构始发洞门密封装置相比，提高帘布板与盾体及管片的贴合度来加强装置密封性，仅在两道钢丝刷间注入密封油脂，减少了密封油脂用量，大大降低了成本，同时增设设置应急注浆孔，增加了该密封装置的密封防水保障，为更不利水压条件下提供密封安全保障，结构合理、改造简单、造价低廉。

Description

一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置

技术领域

本实用新型涉及盾构施工技术领域，具体为一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置。

背景技术

近年来随着我国基础建设的大力发展，盾构法施工在地下工程建设中得到广泛应用，盾构施工技术不受地面交通、河道、气候等条件影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；盾构的推进、出土衬砌拼装等可实现自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度低，且施工安全度高；在土质或软岩地层中，掘进长距离的隧道工程，具有经济、技术及安全等方面的优越性。

盾构始发是隧道掘进的关键环节，也是存在重大风险源的环节，在富水地层(尤其是富水粉细砂地层)中，始发过程地层中的泥水、砂水会从洞门周边与盾构机盾体外壳形成之间的环形空隙中涌入工作井和盾体内，易造成涌水涌砂等灾害，严重的会造成洞门漏水、变形、坍塌，带来极大的安全隐患,因此，为适应富水砂层盾构隧道的始发，需要改进现有洞门密封装置。

传统的洞门密封装置采用橡胶帘布板、圆环板、折页板的组合，直接安装在洞门钢环上，盾构掘进时会顶开前方的折页板和环形的橡胶帘布板，折页板向前翻转压紧橡胶帘布板实现密封效果，阻止地层中的泥水涌入工作井和盾体内，但由于只有一道密封，且橡胶帘布板抗拉强度较低、形变恢复能力有限，盾构掘进过程中经常出现刀盘损坏帘布板现象且帘布板与盾体和折页板贴合度不高，容易产生漏水漏浆现象，特别是地下水压力较大时，涌水/涌砂的风险更高,现有的改进装置在洞门外沿钢环内侧增加两道橡胶帘布板和两道钢丝刷，有效提高了装置密封性，但这种装置安装较为复杂且需要填充大量的油脂来保证装置密封性，大大增加了成本，不便于推广应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，具备结构合理、简单，可以大大提高密封装置的密封性并且制造成本相对较低，具有较好的适应性，保证盾构安全始发等优点，解决了盾构进入洞门过程中经常出现刀盘损坏帘布板现象且帘布板与盾体和折页板贴合度不高，容易产生漏水漏浆现象,现有的改进装置安装较为复杂且需要填充大量的油脂来保证装置密封性，大大增加了成本的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，包括洞门预埋钢环，所述洞门预埋钢环的外侧固定安装有外延钢环，所述外延钢环的环向侧开设有注孔，所述外延钢环的内侧壁上焊接有固定卡槽，所述固定卡槽的内部固定安装有密封钢丝刷，所述密封钢丝刷内设置有密封油脂层，所述外延钢环的外部设置有橡胶帘布板，所述橡胶帘布板的外侧固定安装有圆环板，所述圆环板的外部固定安装有折叠式翻板，所述外延钢环的内侧壁上还设置有弹性钢板，所述弹性钢板和所述橡胶帘布板之间粘接有高密度海绵，所述外延钢环和所述弹性钢板之间固定安装有加强肋板。

进一步，所述洞门预留钢环的轴向剖面呈L形，由轴向钢环和径向钢环组成厚度为10mm，轴向钢环外径小于洞门直径。

进一步，所述外延钢环的外径尺寸与所述洞门预埋钢环的外径和内径尺寸均相同，所述注孔的数量为二十四个，分别包括开设在外延钢环的环形表面上且数量为十二个的注油脂孔和数量为十二个的应急备用注浆孔。

进一步，所述固定卡槽的尺寸大于所述密封钢丝刷端头钢板的厚度，所述密封钢丝刷的尾部钢板上焊接有数量为四颗的固定螺栓。

进一步，所述橡胶帘布板、圆环板和折叠式翻板上均开设有通孔，垫圈、螺母、双头高强螺栓连续贯穿配合所述橡胶帘布板、圆环板和折叠式翻板固定于所述外延钢环的右侧壁上。

进一步，所述弹性钢板为长方形薄板，弹性钢板的一侧螺栓连接于所述外延钢环，另一侧为自由端。

进一步，所述高密度海绵为圆环形柱体，所述高密度海绵的外表面粘结于外延钢环内侧壁，远离粘接部的一端朝向外侧延伸为自由端。

进一步，所述洞门混凝土内预埋固定有预埋钢环，所述预埋钢环外停放有盾体，所述盾体前端安装有刀盘。

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

1、该适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，通过设置盾构刀盘前端与帘布板具有较好贴合度，防止泥水从刀盘与橡胶帘布板缝隙流出，并通过一道翻板帘布板密封和两道密封钢丝刷组成两个密封腔体，盾构始发时向两道钢丝刷之间注入油脂，起到润滑盾体及密封防水防渗效果，设置应急备用注浆孔，若遇到水压力较大而导致只在两道钢丝刷间密封空腔注入油脂密封效果不能满足密封要求或密封安全度较低时，可通过应急注浆孔注入钠基膨润土浆填充第二道钢丝刷与弹性钢板间的空腔用于紧急密封，钠基膨润土浆具有良好的防水防渗特性，显著提高装置密封效果。

2、该适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，通过设置橡胶帘布板、折页板、钢丝刷、弹性钢板的弯曲方向与盾构推进方向一致，当盾体或负环管片顶开弹性钢板后，钢板产生与盾构机前进方向相反的力以及高密度海绵弹性恢复了促进了橡胶帘布板的复位使其与盾体外壳或管片具有更好的紧贴性。

3、该适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，提供了三道密封防水系统极大的提高了密封防水能力，为较高水压条件下的盾构始发提供安全保障；与现有的盾构始发洞门密封装置相比，提高帘布板与盾体及管片的贴合度来加强装置密封性，仅在两道钢丝刷间注入密封油脂，减少了密封油脂用量，大大降低了成本，同时增设设置应急注浆孔，增加了该密封装置的密封防水保障，为更不利水压条件下提供密封安全保障，结构合理、改造简单、造价低廉。

附图说明

图1为本实用新型结构断面示意图；

图2为本实用新型实施例断面示意图；

图3为本实用新型正视图；

图4为本实用新型密封钢丝刷放大图。

图中：1洞门预埋钢环、2外延钢环、3密封钢丝刷、4固定卡槽、5密封油脂层、6橡胶帘布板、7圆环板、8折叠式翻板、9垫圈、10螺母、11双头高强螺栓、12弹性钢板、13高密度海绵、14加强肋板、15洞门混凝土、16刀盘、17盾体、18注油脂孔、19注浆孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实施例中的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，包括洞门预埋钢环1，洞门预埋钢环1的外侧固定安装有外延钢环2，洞门预埋钢环1通过三道锚杆锚入洞门内衬墙，钢板轴向侧伸入洞门内衬墙内，径向侧安装在结构墙外侧，洞门预埋钢环1径向侧中心位置开设有双头螺栓孔，用于连接外沿钢环，外延钢环2通过双头螺栓与洞门预埋钢环1连接，外延钢环2的环向侧开设有注油脂管孔18和应急注浆孔19。

本实施例中的，洞门预留钢环1预埋固定在洞门混凝土15上，洞门混凝土15外停放有盾体17,盾体17朝向外延钢环2的一端上装载有刀盘16。

需要说明的是，洞门预留钢环1的轴向剖面呈L形，由轴向钢环和径向钢环组成，厚度为10mm，轴向钢环外径略小于洞门直径，便于伸入洞门内侧并与洞门有较好的贴合度。

值得重视的是，外延钢环2的外径尺寸与洞门预埋钢环1的外径和内径尺寸均相同，注孔的数量为二十四个，分别包括开设在外延钢环2的环形表面上且数量为十二个的注油脂孔18和数量为十二个的应急备用注浆孔19。

可以理解的是，应急注浆孔使用时注入钠基膨润土泥浆，用来保护和润滑盾构机盾体，且具备良好的吸水性，可以有效的吸收橡胶板与盾体间隙中的渗入水流。

本实施例中的，外延钢环2的内侧壁上焊接有固定卡槽4，固定卡槽4的内部固定安装有密封钢丝刷3，密封钢丝刷3包括两道，密封钢丝刷3的钢丝外周及两道钢丝刷之间的空腔内填充有密封油脂层5，用于辅助密封堵漏，提高密封效果，在实施过程中，通过密封油脂层5填充在密封钢丝刷3的每层钢丝及两道钢丝刷3的空腔内，主要起到润滑、密封、防水作用，盾构掘进时，压力将盾尾密封油脂注满钢丝刷间的空隙，从而增强了密封钢丝刷3的密封性能，防止土砂和泥水的渗入。

补充说明，固定卡槽4的尺寸略大于密封钢丝刷3端头钢板的厚度，是为了方便密封钢丝刷3的钢板卡入，提高安装效率，密封钢丝刷3的尾部钢板上焊接有数量为四颗的固定螺栓，用于对卡入固定卡槽4内部的密封钢丝刷3进行稳固。

本实施例中的外延钢环2的U形右侧钢圈层面上固定安装有橡胶帘布板6，橡胶帘布板6强度高、耐疲劳、伸长率较低，可以抵抗较大张力，橡胶帘布板6的外侧固定安装有圆环板7，圆环板7的外部固定安装有折叠式翻板8，通过圆环板7能够提供折叠式翻板8固定安装支持，折叠式翻板8在盾构推进过程中，翻板翻转后会顶住橡胶帘布板6，避免出现前方因水土压力过大而导致橡胶帘布板6逆向翻转的状况出现。

需要说明的是，橡胶帘布板6、圆环板7和折叠式翻板8上均开设有通孔，通过垫圈9、螺母10、双头高强螺栓11连续固定于外延钢环2的右侧壁上。

本实施例中的外延钢环2的内侧壁上还固定安装有位于橡胶帘布板6左侧的弹性钢板12，弹性钢板12同样采用螺栓固定连接的方式，且长度略小于橡胶帘布板6伸入洞内的轴向长度，弹性钢板12和橡胶帘布板6之间粘接有高密度海绵13，外延钢环2和弹性钢板12之间固定安装有加强肋板14，加强肋板14的一端焊接连接于外延钢环2的内壁，另一端螺栓固定安装于弹性钢板12上。

需要说明的是，弹性钢板12为长方形薄板，选用锰钢板为材料，具有良好的弹性和韧性性能，弹性钢板12的一侧螺栓连接于外延钢环2，另一侧为自由端。

可以理解的是，高密度海绵体13为圆环形柱体，具体规格为90～150kg/m³位于弹性钢板12与橡胶帘布6之间；高密度海绵13的外表面粘结于外延钢环2内侧壁，远离粘接部的一端朝向外侧延伸为自由端。

上述实施例的工作原理为：

在实施前进行安装：洞门预埋钢环1通过锚杆锚入结构墙体，并与外延钢环2通过双头高强螺栓连接；密封钢丝刷3通过焊接在外延钢环2内表面的固定卡槽4与外延钢环2连接；弹性钢板12前设置加强肋板14并通过双头螺栓与弹性钢板12连接，弹性钢板12一侧为固定端，焊接在外延钢环2内表面，另一侧为自由端；橡胶帘布板6、圆环板7、折页式翻板8均通过螺栓一起固定于外延钢环2外侧，密封钢丝刷3设置两道，两道密封刷之间预留注油脂孔，始发时，可通过外延钢环2外侧预留的注油脂孔向密封刷之间注入油脂，来实现润滑盾体及实现密封的效果；第二道密封刷与加强肋板14之间设置应急注浆孔，用于紧急防漏，同时在橡胶帘布板6与弹性钢板12之间安装起支撑和密封作用的高密度海绵13，确保密封效果。

实施过程中，在盾构刀盘16进入洞门钢环前，在密封钢丝刷3和折页式翻板8上涂抹油脂，防止盾构刀盘16刮破帘布橡胶帘布板6，降低防水效果，盾构进入洞门预埋钢环1，当建立了土压平衡时开始向两道钢丝刷之间的空腔内注入油脂，该过程中橡胶帘布板6、折页式翻板7、弹性钢板12及密封钢丝刷3的弯曲方向与盾构掘进方向一致，与洞门缝隙流出的泥水泥沙方向相反，由于水土压力的作用折页式翻板8翻转后会紧贴橡胶帘布板6，并搭接在盾构机盾体17之上，避免其出现逆向翻转的情况，这个过程中橡胶帘布板6和密封钢丝刷3会箍紧盾体17，并在密封油脂的作用下达到了较好的密封效果；由于橡胶帘布板6依靠自身变形后的弹性恢复力复位，当其自身复位能力达到极限，变形不彻底时，橡胶帘布板6与盾体17接触处将出现缝隙，不利于密封防水，因此在橡胶帘布板6之后安装一道弹性钢板12，由弹性钢板12上方的加强肋板14提供与盾构掘进方向相反的作用力，弹性钢板12下方为自由端，有效提高了橡胶帘布板6与盾体17之间的压力，且弹性钢板12与同样安置在橡胶帘布板6之后的高密度海绵13均具备较高的弹性恢复力，整体上延长了橡胶帘布板6与盾体17的贴合长度，起到很好的密封效果；高密度海绵13除提供给橡胶帘布板6回弹力外，同时起到过滤止水的作用，可以很好的吸收缝隙处的漏水，并且过滤部分颗粒较小的砂石，阻止其进入盾体17。

密封钢丝刷3之间填充密封油脂，因为密封钢丝刷3具有良好的热稳定性、极强耐水密封性、抗溶性等优点，可以实现密封钢丝刷3与盾体17之间的有效密封；应急注浆孔19开设在第二道密封刷和弹性钢板12之间，当上述防水效果不佳或密封安全度较低时，可通过应急注浆孔19向盾体17之间的空腔注入钠基膨润土泥浆，与钢丝刷和油脂密封一同实现良好密封；另外纳基膨润土泥浆具有良好的吸附性和粘结性，可以有效吸附地层中渗出的少量漏水漏砂。

综上，针对富水砂层盾构始发洞门密封，本实用新型提供了三道密封防水系统：第一道由密封钢丝刷3和之间的填充油脂提供；第二道由橡胶帘布板6、折页式翻板8提供，并通过设置弹性钢板12、高密度海绵13提高了橡胶帘布6与盾构17之间的密封性，大大提高了密封防水效果；第三道为设置应急注浆孔19，通过注入膨润土砂浆达到止水吸附效果。

相比传统的橡胶帘布板6洞门密封装置，本实用新型提供了三道密封系统，极大的提高了密封防水能力，为较高水压条件下的盾构始发提供安全保障；与现有的盾构始发洞门密封装置相比，本实用新型的优势在于提高帘布板与盾体及管片的贴合度来加强装置密封性，仅在两道钢丝刷间注入密封油脂，减少了密封油脂用量，大大降低了成本，同时增设设置应急注浆孔，增加了该密封装置的密封防水保障，为更不利水压条件下提供密封安全保障。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，包括洞门预埋钢环(1)，其特征在于：所述洞门预埋钢环(1)的外侧固定安装有外延钢环(2)，所述外延钢环(2)的环向侧开设有注孔，所述外延钢环(2)的内侧壁上焊接有固定卡槽(4)，所述固定卡槽(4)的内部固定安装有密封钢丝刷(3)，所述密封钢丝刷(3)内设置有密封油脂层(5)，所述外延钢环(2)的外部设置有橡胶帘布板(6)，所述橡胶帘布板(6)的外侧固定安装有圆环板(7)，所述圆环板(7)的外部固定安装有折叠式翻板(8)，所述外延钢环(2)的内侧壁上还设置有弹性钢板(12)，所述弹性钢板(12)和所述橡胶帘布板(6)之间粘接有高密度海绵(13)，所述外延钢环(2)和所述弹性钢板(12)之间固定安装有加强肋板(14)。

2.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述洞门预埋钢环(1)的轴向剖面呈L形，由轴向钢环和径向钢环组成厚度为10mm，轴向钢环外径小于洞门直径。

3.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述外延钢环(2)的外径尺寸与所述洞门预埋钢环(1)的外径和内径尺寸均相同，所述注孔的数量为二十四个，分别包括开设在外延钢环(2)的环形表面上且数量为十二个的注油脂孔(18)和数量为十二个的应急备用注浆孔(19)。

4.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述固定卡槽(4)的尺寸大于所述密封钢丝刷(3)端头钢板的厚度，所述密封钢丝刷(3)的尾部钢板上焊接有数量为四颗的固定螺栓。

5.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述橡胶帘布板(6)、圆环板(7)和折叠式翻板(8)上均开设有通孔，垫圈(9)、螺母(10)、双头高强螺栓(11)连续贯穿配合所述橡胶帘布板(6)、圆环板(7)和折叠式翻板(8)固定于所述外延钢环(2)的右侧壁上。

6.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述弹性钢板(12)为长方形薄板，弹性钢板(12)的一侧螺栓连接于所述外延钢环(2)，另一侧为自由端。

7.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述高密度海绵(13)为圆环形柱体，所述高密度海绵(13)的外表面粘结于外延钢环(2)内侧壁，远离粘接部的一端朝向外侧延伸为自由端。

8.根据权利要求1所述的一种适应于富水粉细砂地层盾构始发洞门密封装置，其特征在于：所述洞门预埋钢环(1)预埋固定在洞门混凝土(15)上，所述洞门混凝土(15)外停放有盾体(17)，所述盾体(17)前端安装有刀盘(16)。

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