一种顶管隧道进洞口止水装置的制作方法

本发明涉及一种顶管隧道进洞口止水装置，该方法可应用于电力工程，市政工程，水利工程、交通工程等领域。

背景技术：

顶管法作为一种非开挖施工方法，由于其对城市交通和环境安全影响小、技术先进、功效高、施工成本较低等突出优势，广泛应用于城市地下空间开发建设之中。在顶管工程中，为使管节能顺利顶进，在工作井壁上预留洞口，进洞口比管节外径略大一些，洞周与管节外表面之间有一定间隙，顶进施工时要在洞口一定范围内对土体进行加固，同时还需采取有效措施对洞口进行密封止水，防止泥砂和润滑浆液从洞口间隙流出。否则，将增加顶推阻力，加大功率消耗，增加施工成本，而且可导致地下水和泥砂涌出，引起地表沉降，对周边建筑物和管线道路造成威胁，甚至可能引发安全事故。因此，洞口的密封止水是顶管施工过程中不容忽视的重要环节。目前，对顶管洞口通常采用橡胶门帘进行止水，该止水方法的止水效果不太理想，在长距离顶进过程中还经常因磨损而失效，且一般只限用于常压土层情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、止水效果好、可靠而耐用，且适用止水压力范围广的顶管隧道进洞口止水装置。

本发明的技术方案是：

一种顶管隧道进洞口止水装置，包括固定设置在顶管隧道进洞口的井壁上的充气橡胶止水环安装槽、设置在所述充气橡胶止水环安装槽内的柔性充气橡胶止水环，所述充气橡胶止水环安装槽上还设置有连接所述充气橡胶止水环与地面空压泵的导气管，在充气状态下，所述充气橡胶止水环外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节的外表面紧贴。

本方案通过向充气橡胶止水环充气，使所述充气橡胶止水环变形后外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节的外表面时刻保持紧贴，达到洞口密封止水的作用，这样，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保证施工安全，同时防止顶进施工时注入的减阻泥浆流失，保证能够形成完整有效的泥浆套，达到润滑减阻的目的；另一方面，有助于通过充气橡胶止水环把管节调节到洞口中心位置并具有一定导向作用，减少管节径向偏移，还可减少橡胶止水法兰等密封件的磨损，克服了现有技术长距离顶进过程中因磨损而失效的缺陷，除应用于常压土层环境外，还可以用于非常压土层情况。

进一步地，所述充气橡胶止水环安装槽的外形与管节的横断面形状相匹配，如圆环状或矩形等异形环状，可广泛适应圆形和矩形等异形断面顶管隧道施工的进洞口密封止水需求。

进一步地，所述充气橡胶止水环安装槽通过安装螺栓或高强粘合剂粘贴固定于顶管隧道进洞口的井壁上，安装方便快捷。

进一步地，所述充气橡胶止水环安装槽内还设置有若干带开关的润滑剂注入管，所述润滑剂注入管沿所述充气橡胶止水环安装槽的环向分布，并紧贴所述充气橡胶止水环安装槽内侧壁沿径向延伸至接近管节外表面处，通过所述润滑剂注入管向管节外表面处注入润滑剂，可有效减少充气橡胶止水环与管节接触面之间的摩擦力，降低定进阻力的同时，还能减少充气橡胶止水环的磨损，提高充气橡胶止水环的使用寿命。

进一步地，所述充气橡胶止水环安装槽外侧壁与管节外表面之间的间隙内设置有用于防止注入润滑剂漏出的L型密封圈密封，不仅可以加强洞口密封效果，还能提高润滑剂的使用效率，减少不必要的损耗。

进一步地，所述充气橡胶止水环与管节接触的内侧表面粘贴有尼龙等耐磨垫层，尼龙等耐磨垫层进一步保护充气橡胶止水环表面，充气橡胶止水环的耐磨性，防止磨损，提高使用寿命。

进一步地，所述导气管上设置有气压自动保持和预警装置，所述气压自动保持和预警装置包括气压传感器、电磁阀、蜂鸣器及压力控制器等组成，用于对充气橡胶止水环充气腔的气压进行监控，当气压传感器检测到充气橡胶止水环内气压低于设定的工作压力时，压力控制器发出信号启动空压泵并开启电磁阀向充气橡胶止水环内充气，达到设定工作压力后停止充气，电磁阀关闭；当充气橡胶止水环内气压出现因破裂或系统漏气使气压无法充气回升、气压超过安全压力时，蜂鸣器将发出报警信号，实现对充气橡胶止水环自动化实时监控，保证施工的可靠性和安全性。

进一步地，还包括固定设置在顶管隧道进洞口井壁与充气橡胶止水环安装槽之间的门帘式橡胶法兰止水圈，进一步提高止水效果。

本发明与现有的顶管隧道进洞口止水装置相比，具有以下特点：

1）本发明在现有门帘式进洞口止水技术的基础上，增加了充气橡胶止水环技术，显著提高了顶管进洞口的止水效果。

2）本发明的充气橡胶止水环可通过充气变形调节其与管节外表面的接触状态，消除由于管节外表面不平整、橡胶环磨损产生的间隙，止水可靠性明显提高。

3）充气橡胶止水环在充气状态时有助于把管节调节到洞口中心位置且具有一定导向作用，减少管节径向偏移，还可减少橡胶止水法兰等密封件的磨损；在充气橡胶止水环内侧表面黏贴的尼龙衬层具有良好耐磨性。因此，本止水装置的耐久性高。同时，充气橡胶止水环及其安装支架等主要部件可以重复使用。

4）本发明止水装置的外形与顶管断面形状相适应，为圆环状或矩形等异形环状，可应用于圆形和矩形等异形断面顶管隧道进洞口施工的密封止水。

5）在橡胶止水环导气管上安装气压自动保持和预警装置，对止水密封的安全状态进行监控，保证橡胶止水环内的气压保持在正常工作压力范围；当止水环内气压出现如止水环破裂或系统漏气使气压无法充气回升或气压超过安全压力等异常现象时，将自动报警。

6）在管节与充气橡胶止水环之间注入黄油等润滑剂，减少管节顶进过程中其外表面对充气橡胶止水环磨损，并增强洞口密封效果。

附图说明

图1为顶管隧道进洞口止水装置实施例一的局部剖面示意图。

图2为顶管隧道进洞口止水装置实施例一的右视示意图。

图3为顶管隧道进洞口止水装置实施例二的局部剖面示意图。

图4为顶管隧道进洞口止水装置实施例二的右视示意图。

图中所示为：1-预埋安装法兰，2-门帘式橡胶法兰止水圈，3-充气橡胶止水环安装槽，4-安装螺栓，5-充气橡胶止水环，6-尼龙等耐磨衬层，7-气压自动保持和预警装置，8-导气管，9-润滑剂注入管，10-井壁，11-管节，12-润滑剂，13-L型密封圈；14-土层。

具体实施方式

为了详细和清楚地表明本发明实施的目的和技术方案，下面将结合附图及实例对本发明做进一步详细说明。所述的实例仅用来说明本发明，不是本发明的全部实例，并不限制本发明保护的范围。

实施例一

如附图1和附图2所示，一种顶管隧道进洞口止水装置，包括固定设置在顶管隧道进洞口的井壁10上的充气橡胶止水环安装槽3、设置在所述充气橡胶止水环安装槽3内的柔性充气橡胶止水环5，所述充气橡胶止水环安装槽3上还设置有连接所述充气橡胶止水环5与地面空压泵的导气管8，本实施例的管节11横截面为圆环形，外径为2980mm，洞口直径3020mm，所述充气橡胶止水环安装槽3及充气橡胶止水环5的外形与管节11的横断面形状相匹配，为圆环状。

洞口设置有预埋安装法兰1、门帘式橡胶法兰止水圈2，充气橡胶止水环安装槽3通过安装螺栓4固定在预埋安装法兰1上，所述预埋安装法兰1、门帘式橡胶法兰止水圈2、充气橡胶止水环安装槽3、充气橡胶止水环5共同组成顶管隧道进洞口的止水系统，在充气状态下，所述充气橡胶止水环5外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面紧贴。

本实施例通过向充气橡胶止水环5充气，使所述充气橡胶止水环5变形后外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面时刻保持紧贴，达到洞口密封止水的作用，同时克服了现有技术长距离顶进过程中因磨损而失效的缺陷，除应用于常压土层环境外，还可以用于非常压土层情况。

所述充气橡胶止水环安装槽3内还设置有若干带开关的润滑剂注入管9，所述润滑剂注入管9沿所述充气橡胶止水环安装槽3的环向均匀分布，并紧贴所述充气橡胶止水环安装槽3内侧壁沿径向延伸至接近管节11外表面处，通过所述润滑剂注入管9向管节11外表面处注入润滑剂，可有效减少充气橡胶止水环5与管节11接触面之间的摩擦力，降低定进阻力的同时，还能减少充气橡胶止水环5的磨损，提高充气橡胶止水环5的使用寿命。

所述充气橡胶止水环安装槽3外侧壁与管节11外表面之间的间隙内设置有用于防止注入润滑剂漏出的L型密封圈密封13，提高润滑剂的使用效率，减少不必要的损耗。

所述充气橡胶止水环5与管节11接触的内侧表面粘贴有尼龙等耐磨垫层6，尼龙等耐磨垫层进一步保护充气橡胶止水环5表面，防止磨损，提高使用寿命。

所述导气管8上设置有气压自动保持和预警装置，所述气压自动保持和预警装置包括气压传感器、电磁阀、蜂鸣器及压力控制器等组成，用于对充气橡胶止水环5充气腔的气压进行监控，当气压传感器检测到充气橡胶止水环5内气压低于设定的工作压力时，压力控制器发出信号启动空压泵并开启电磁阀向充气橡胶止水环5内充气，达到设定工作压力后停止充气，电磁阀关闭；当充气橡胶止水环5内气压出现因破裂或系统漏气使气压无法充气回升、气压超过安全压力时，蜂鸣器将发出报警信号，实现对充气橡胶止水环5自动化实时监控，保证施工的可靠性和安全性。

本实施例的施工过程如下：

在洞口标定位置预埋设安装法兰1→固定门帘式橡胶法兰止水圈2和充气橡胶止水环安装槽3并用安装螺栓4锚定于预埋安装法兰1上→将充气橡胶止水环5放置在充气橡胶止水环安装槽3内→顶管机头和管节11就位→安装气压自动保持和预警装置7→向充气橡胶止水环5预充气0.5个大气压使其张开→凿开洞口→机头和管节11顶进→机头外壳与充气橡胶止水环5接触后，环内气压增大到3个大气压的工作压力→注入黄油润滑剂→管节顶进直至最后一节管节→拆除洞口止水装置→注浆封闭井壁与管节之间间隙。

本实施例的止水装置设置有充气橡胶止水环5，充气橡胶止水环5设置在充气橡胶止水环安装槽3内，并通过导气管8与地面空压泵连接；在充气状态下，充气橡胶止水环5外侧与安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面紧贴；充气橡胶止水环安装槽3通过安装螺栓把充气橡胶止水环5固定在顶管隧道入洞口处的井壁10上，与门帘式橡胶法兰止水圈2一起对顶管隧道入洞口进行密封；同时在管节与洞口间隙注入黄油，不仅可以加强洞口密封效果，同时还可以起到润滑管节外表面，减小管节顶进过程中管节外表面对充气橡胶止水环的磨损；该止水装置适用于地下水压较高土层14。

本实施例的充气橡胶止水环5，内环直径2970mm，外环直径3200mm，横断截面为内外直径分别为115mm和85mm的圆环（壁厚15mm），在环内侧表面外包一层5mm耐磨尼龙衬层6；充气橡胶止水环5充气的充气压力控制为3个大气压，迫使其内侧表面紧贴于管节外表面，外侧表面紧贴于充气橡胶止水环安装槽3底面。这样，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保证施工安全，并防止顶进施工时注入的减阻浆液流失，保证形成完整有效的润滑泥浆套，达到洞口防水和注浆减阻的目的，另一方面充气橡胶止水环5在充气状态调节管节到洞口中心位置，减少管节径向偏移而减少密封件的过快磨损。此外，在管节11与洞口间隙注入黄油，以减小管节外表面顶进过程对充气橡胶止水环的磨损，还可增强洞口密封效果。在充气橡胶止水环5的导气管8上，连接气压自动保持和预警装置，使橡胶止水环内的气压保持在正常工作压力范围，出现充气环磨破泄气等异常现象时将自动报警。

实施例二

如附图3和附图4所示，一种顶管隧道进洞口止水装置，包括固定设置在顶管隧道进洞口的井壁10上的充气橡胶止水环安装槽3、设置在所述充气橡胶止水环安装槽3内的柔性充气橡胶止水环5，所述充气橡胶止水环安装槽3上还设置有连接所述充气橡胶止水环5与地面空压泵的导气管8，本实施例的管节11横截面为矩形，管节外周的高×宽为3500mm×3000mm，壁厚250mm；所述充气橡胶止水环安装槽3及充气橡胶止水环5的外形与管节11的横断面形状相匹配，呈矩形；矩形的充气橡胶止水环安装槽3和矩形的充气橡胶止水环5共同组成顶管隧道进洞口的止水系统，在充气状态下，所述充气橡胶止水环5外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面紧贴。

本实施例通过向充气橡胶止水环5充气，使所述充气橡胶止水环5变形后外侧与洞口安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面时刻保持紧贴，达到洞口密封止水的作用，同时克服了现有技术长距离顶进过程中因磨损而失效的缺陷，除应用于常压土层环境外，还可以用于非常压土层情况。

所述充气橡胶止水环安装槽3内还设置有若干带开关的润滑剂注入管9，所述润滑剂注入管9沿所述充气橡胶止水环安装槽3的环向均匀分布，并紧贴所述充气橡胶止水环安装槽3内侧壁沿径向延伸至接近管节11外表面处，通过所述润滑剂注入管9向管节11外表面处注入润滑剂，可有效减少充气橡胶止水环5与管节11接触面之间的摩擦力，降低定进阻力的同时，还能减少充气橡胶止水环5的磨损，提高充气橡胶止水环5的使用寿命。

所述充气橡胶止水环安装槽3外侧壁与管节11外表面之间的间隙内设置有用于防止注入润滑剂漏出的L型密封圈密封13，提高润滑剂的使用效率，减少不必要的损耗。

所述充气橡胶止水环5与管节11接触的内侧表面粘贴有尼龙等耐磨垫层6，尼龙等耐磨垫层进一步保护充气橡胶止水环5表面，防止磨损，提高使用寿命。

所述导气管8上设置有气压自动保持和预警装置，所述气压自动保持和预警装置包括气压传感器、电磁阀、蜂鸣器及压力控制器等组成，用于对充气橡胶止水环5充气腔的气压进行监控，当气压传感器检测到充气橡胶止水环5内气压低于设定的工作压力时，压力控制器发出信号启动空压泵并开启电磁阀向充气橡胶止水环5内充气，达到设定工作压力后停止充气，电磁阀关闭；当充气橡胶止水环5内气压出现因破裂或系统漏气使气压无法充气回升、气压超过安全压力时，蜂鸣器将发出报警信号，实现对充气橡胶止水环5自动化实时监控，保证施工的可靠性和安全性。

本实施例的施工过程如下：

在洞口标定位置固定矩形的充气橡胶止水环安装槽3→将充气橡胶止水环5放置充气橡胶止水环安装槽3内并曲绕成矩形环状→顶管机头和管节11就位→安装气压自动保持和预警装置7→向充气橡胶止水环5预充气0.5～0.7个大气压使其张开→凿开洞口→机头和管节11顶进→机头外壳与充气橡胶止水环5接触后，环内气压增大到3个大气压的工作压力→注入黄油润滑剂→管节11顶进直至最后一环管节→拆除洞口止水装置→注浆封闭井壁与管节11之间间隙。

本实施例的止水装置设置有充气橡胶止水环5，充气橡胶止水环5设置在充气橡胶止水环安装槽3内，并通过导气管8与地面空压泵连接；在充气状态下，充气橡胶止水环5外侧与安装槽底紧贴，内侧与管节11的外表面紧贴；充气橡胶止水环安装槽3通过安装螺栓把充气橡胶止水环5固定在顶管隧道入洞口处的井壁10上，与门帘式橡胶法兰止水圈2一起对顶管隧道入洞口进行密封；同时在管节与洞口间隙注入黄油，不仅可以加强洞口密封效果，同时还可以起到润滑管节外表面，减小管节顶进过程中管节外表面对充气橡胶止水环的磨损；该止水装置适用于地下水压较高土层14。

本实施例的充气橡胶止水环5，外形做成矩形环状，外环高×宽=3750mm×3250mm，内环高×宽=3490mm×2990mm，横断截面为内外直径分别为130mm和100mm的圆环（壁厚15mm），在环内侧表面外包一层5mm耐磨尼龙衬层6；充气橡胶止水环5充气的充气压力控制为3个大气压，迫使其内侧表面紧贴于管节外表面，外侧表面紧贴于充气橡胶止水环安装槽3底面。这样，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保证施工安全，并防止顶进施工时注入的减阻浆液流失，保证形成完整有效的润滑泥浆套，达到洞口防水和注浆减阻的目的，另一方面充气橡胶止水环5在充气状态调节管节到洞口中心位置，减少管节径向偏移而减少密封件的过快磨损。此外，在管节11与洞口间隙注入黄油，以减小管节外表面顶进过程对充气橡胶止水环的磨损，还可增强洞口密封效果。在充气橡胶止水环5的导气管8上，连接气压自动保持和预警装置7，使充气橡胶止水环5内的气压保持在正常工作压力范围，出现充气环磨破泄气等异常现象时将自动报警。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。