一种富水砂层泥水盾构始发密封装置及始发密封控制方法
【专利摘要】本发明涉及隧道盾构施工领域，具体为一种富水砂层泥水盾构始发密封装置及始发密封控制方法，解决现有密封装置效果差、风险大、盾构始发过程中极易漏水、漏浆等现象的问题，在盾尾油脂注入管上增加油脂分配阀，在洞门钢环外连接外接钢环，在外接钢环内安设两道钢丝刷，钢丝刷之间预留带有闸阀的注脂孔；再是盾构组装在始发基座上后，外接钢环钢丝刷上涂抹油脂，刀盘推到车站围护结构，用注脂管连接外接钢环预留注脂孔和油脂分配阀，打开注脂闸阀，使油脂从外接钢环预留注脂孔注入两道钢丝刷之间，填满其空隙；最后建立泥水平衡进行盾构始发，实现了泥水盾构安全始发，大大简化泥水盾构始发工艺，具有工艺简单、技术先进、实用性强等优点。
【专利说明】一种富水砂层泥水盾构始发密封装置及始发密封控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道盾构施工领域，具体为一种富水砂层泥水盾构始发密封装置及始发密封控制方法。
【背景技术】
[0002]我国盾构法隧道施工得到迅速发展，特别是穿江越河采用泥水盾构施工已成功运用，但在盾构始发中常常因不断调整姿态导致止水帘布无法整体与盾体密贴，从而导致喷水涌砂事件发生，特别是盾尾进入洞门环瞬间，止水帘布与盾体始终有通道，从而导致始发端地层损失，所有泥水盾构始发均发生过喷浆事故。泥水盾构始发安全事故已经成为盾构施工安全事故之首，最严重的是端头砂土涌入始发井并淹埋了盾构机。
[0003]目前泥水盾构始发密封装置主要在加固端头洞门外安设一道折板式橡胶止水帘布、洞门外安设两道折板式橡胶止水帘布钢套筒。这些密封装置都无法达到密封效果，不得不增加弧形压板、洞门冷冻、地面降水、注入聚氨酯等辅助措施才完成始发。即便如此，在盾构始发过程中也极易发生漏水、漏浆等现象，最终导致始发端头下沉超限，使始发端头重要构筑物损坏，施工风险巨大。到目前为止，没有一种能完全满足泥水盾构始发安全的密封装置及始发方法。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有泥水盾构始发密封装置效果差、风险大、盾构始发过程中也极易发生漏水、漏浆等现象的问题，提供一种富水砂层泥水盾构始发密封装置及始发密封控制方法。
[0005]本发明是采用如下技术方案实现的:一种富水砂层泥水盾构始发密封装置，包括安装在盾构机盾尾油脂注入管上的油脂分配阀以及固定在车站主体结构上洞门钢环外的外接钢环，外接钢环内侧周圈设置两道分别与盾构机密封的钢丝刷，两道钢丝刷之间预留油脂填充间隙，外接钢环上、并且位于两道钢丝刷之间的位置间隔开设注脂孔，各个注脂孔通过相应的注脂管与油脂分配阀连通，每个注脂管上安装闸阀。
[0006]富水砂层泥水盾构始发密封控制方法，包括以下步骤:
步骤一、油脂分配阀设置与洞门钢环止水胶施工
A、盾构制造时在盾尾油脂注入管上增设油脂分配阀；B、车站主体结构施工时，在洞门钢环外防水板与车站围护结构间设置一道止水胶；
步骤二、外接钢环与钢丝刷安设
A、外接钢环采用钢板加工，大小与盾构始发洞门钢环相同；B、在外接钢环内侧间隔焊接两道30CM长钢丝刷；C、用螺栓把外接钢环整体安设在洞门钢环上；
步骤三、钢丝刷油脂密封与泥水平衡建立
A、盾构机调试好后把油脂分配阀与各个注脂孔用注脂管连接；B、盾尾后部负环拼装，同时在钢丝刷上涂抹油脂；C、启动盾构机使盾构刀盘推向车站围护结构；D、打开闸阀向各个注脂孔内注入油脂，使两道钢丝刷之间油脂压力达到0.2MPa ;E、开启盾构机循环系统，向开挖仓内注入泥浆建立泥水平衡后开始掘进，使开挖仓泥浆压力比开挖面土的侧压力大 0.005MPa ；
步骤四、盾构始发密封控制
A、边掘进边向外接钢环内侧的两道钢丝刷之间的油脂填充间隙内注入油脂，掘进油缸伸到1.7米时安装负环管片，然后接续掘进；B、当盾构刀盘进入未加固富水砂层时，使外接钢环内油脂压力始终大于开挖仓泥水压力0.005MPa ;C、当O环管片拼装后加大油脂注入压力，使外接钢环内油脂形成溢流；D、当盾尾进入洞门钢环30CM时开始启动同步注浆，并停止向外接钢环内注入油脂，结束盾构始发。
[0007]采用本发明的结构设计及始发方法，首先是盾构机制造过程中，在盾尾油脂注入管上增加一个油脂分配阀；其次是在车站主体结构洞门钢环外用螺栓连接外接钢环，并在外接钢环内安设两道特制钢丝刷，外接钢环两道钢丝刷之间预留带有闸阀的注脂孔；再其次是盾构组装在始发基座上后，在外接钢环钢丝刷上涂抹油脂，把刀盘推到车站围护结构，用注脂管连接外接钢环预留注脂孔和油脂分配阀，打开注脂闸阀，使油脂从外接钢环预留注脂孔注入两道钢丝刷之间，填满其空隙；最后建立泥水平衡进行盾构始发，边掘进边注入油脂填满盾体与钢丝刷之间空隙，刀盘进入未加固富水砂层时，使油脂注入压力大于切口水压，形成溢流，杜绝洞门渗水，当盾尾进入洞门钢环后，启动同步注衆，结束盾构始发。
[0008]本发明充分利用盾构机上自身注脂系统，通过油脂分配阀不停向始发洞门外接钢环两道钢丝刷间注入油脂填充，并形成高压溢流油脂阻止开挖面切口水压，确保盾尾进入洞门钢环瞬间盾体与洞门之间无空隙，大大提高了密封效果，杜绝了始发洞门漏水现象，消除了泥水盾构始发涌砂的风险。
[0009]总之本发明实现了泥水盾构始发时无渗水，大大简化泥水盾构始发工艺，取消了所有补救措施，杜绝了泥水盾构始发安全事故发生，风险可控，具有工艺简单、技术先进、实用性强等优点。
[0010]采用该装置成功地完成了沈阳地铁9号线7标汪河路站左右线泥水盾构始发，同时推广到沈阳地铁10号线下穿浑河段的长青桥站左右线泥水盾构始发中，取得了良好的效果，填补了我国泥水盾构始发止水密封技术的空白，取得了良好的经济效益和社会效益。本装置及方法不仅适用于所有泥水盾构隧道掘进始发，同样适合于土压盾构始发密封。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的纵剖示意图；
图2为本发明的横剖示意图；
图中:1_盾尾；2-油脂分配阀；3_车站主体结构；4_洞门钢环；5_外接钢环；6-钢丝刷；7_油脂填充间隙；8_注脂孔；9_注脂管；10_闸阀；11_螺栓；12_盾构刀盘；13_车站围护结构；14-0环管片；15-盾构始发基座；16_未加固富水砂层。
【具体实施方式】
[0012]一种富水砂层泥水盾构始发密封装置，如图1、2所示，包括安装在盾构机盾尾I油脂注入管上的油脂分配阀2以及固定在车站主体结构3上洞门钢环4外的外接钢环5，外接钢环内侧周圈设置两道分别与盾构机密封的钢丝刷6，两道钢丝刷之间预留油脂填充间隙7，外接钢环上、并且位于两道钢丝刷之间的位置间隔开设注脂孔8，各个注脂孔通过相应的注脂管9与油脂分配阀连通，每个注脂管上安装闸阀10。
[0013]富水砂层泥水盾构始发密封控制方法，包括以下步骤:
步骤一、油脂分配阀2设置与洞门钢环4止水胶施工
B、盾构制造时在盾尾油脂注入管上增设油脂分配阀；B、车站主体结构3施工时，在洞门钢环外防水板与车站围护结构间设置一道止水胶；
步骤二、外接钢环5与钢丝刷6安设
A、外接钢环采用钢板加工，大小与盾构始发洞门钢环相同；B、在外接钢环内侧间隔焊接两道30CM长钢丝刷；C、用螺栓11把外接钢环整体安设在洞门钢环上；
步骤三、钢丝刷油脂密封与泥水平衡建立
A、盾构机调试好后把油脂分配阀与各个注脂孔用注脂管连接；B、盾尾后部负环拼装，同时在钢丝刷上涂抹油脂；C、启动盾构机使盾构刀盘12推向车站围护结构13 ;D、打开闸阀向各个注脂孔内注入油脂，使两道钢丝刷之间油脂压力达到0.2MPa ;E、开启盾构机循环系统，向开挖仓内注入泥浆建立泥水平衡后开始掘进，使开挖仓泥浆压力比开挖面土的侧压力大 0.005MPa ；
步骤四、盾构始发密封控制
A、边掘进边向外接钢环内侧的两道钢丝刷之间的油脂填充间隙7内注入油脂，掘进油缸伸到1.7米时安装负环管片，然后接续掘进；B、当盾构刀盘进入未加固富水砂层时，使外接钢环内油脂压力始终大于开挖仓泥水压力0.005MPa ;C、当O环管片14拼装后加大油脂注入压力，使外接钢环内油脂形成溢流；D、当盾尾进入洞门钢环30CM时开始启动同步注浆，并停止向外接钢环内注入油脂，结束盾构始发。
[0014]工程实例
该密封装置及始发方法用于沈阳地铁9号线7标汪河路站左右线泥水盾构始发，该站始发端头为砂层，地下水丰富，在围护桩配制玻璃纤维筋，端头未加固。采用该装置进行盾构始发，始发中洞门环无渗水，地面沉降远小于规范要求。该装置已推广到沈阳地铁10号线长青桥站左右线泥水盾构始发工程中，同样确保临近浑河端头始发无渗水。实践证明该装置实用性强，填补了我国泥水盾构始发钢丝刷油脂密封技术的空白，推广前景好。
【权利要求】
1.一种富水砂层泥水盾构始发密封装置，其特征是包括安装在盾构机盾尾(1)油脂注入管上的油脂分配阀(2)以及固定在车站主体结构(3)上洞门钢环(4)外的外接钢环(5)，外接钢环内侧周圈设置两道分别与盾构机密封的钢丝刷(6)，两道钢丝刷之间预留油脂填充间隙(7)，外接钢环上、并且位于两道钢丝刷之间的位置间隔开设注脂孔(8)，各个注脂孔通过相应的注脂管(9)与油脂分配阀连通，每个注脂管上安装闸阀(10)。
2.一种富水砂层泥水盾构始发密封控制方法，包括以下步骤: 步骤一、油脂分配阀(2)设置与洞门钢环(4)止水胶施工 盾构制造时在盾尾油脂注入管上增设油脂分配阀；B、车站主体结构(3)施工时，在洞门钢环外防水板与车站围护结构间设置一道止水胶； 步骤二、外接钢环(5)与钢丝刷(6)安设 A、外接钢环采用钢板加工，大小与盾构始发洞门钢环相同；B、在外接钢环内侧间隔焊接两道30CM长钢丝刷；C、用螺栓(11)把外接钢环整体安设在洞门钢环上； 步骤三、钢丝刷油脂密封与泥水平衡建立 A、盾构机调试好后把油脂分配阀与各个注脂孔用注脂管连接；B、盾尾后部负环拼装，同时在钢丝刷上涂抹油脂；C、启动盾构机使盾构刀盘(12)推向车站围护结构(13) ;D、打开闸阀向各个注脂孔内注入油脂，使两道钢丝刷之间油脂压力达到0.2MPa ;E、开启盾构机循环系统，向开挖仓内注入泥浆建立泥水平衡后开始掘进，使开挖仓泥浆压力比开挖面土的侧压力大0.005MPa ； 步骤四、盾构始发密封控制 A、边掘进边向外接钢环内侧的两道钢丝刷之间的油脂填充间隙(7)内注入油脂，掘进油缸伸到1.7米时安装负环管片，然后接续掘进；B、当盾构刀盘进入未加固富水砂层时，使外接钢环内油脂压力始终大于开挖仓泥水压力0.005MPa ;C、当0环管片(14)拼装后加大油脂注入压力，使外接钢环内油脂形成溢流；D、当盾尾进入洞门钢环30CM时开始启动同步注浆，并停止向外接钢环内注入油脂，结束盾构始发。
【文档编号】E21D9/06GK104358575SQ201410467447
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】王宗勇, 武明静, 雷军, 毋海军, 赵香萍, 王剑, 何继川 申请人:中铁十二局集团有限公司, 中铁十二局集团第二工程有限公司