一种隧道始发端加固密封装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土木工程行业中的地铁建设中盾构机掘进的始发端头加固技术，具体设计一种隧道始发端加固密封装置及方法，。
【背景技术】
[0002]隧道盾构法施工中，掘进始发是最开始也是最关键的一环，始发端头加固是隧道盾构法施工中保证洞口土体的自稳性必要条件。目前，始发端头加固主要依靠旋喷粧来提高土体抗压强度，利用降水井来降低地下水位。从实施效果来看，以这两种方式确能满足土体抗渗和自稳性要求。
[0003]现有的始发端头加固技术存在加固周期长、费用高、占用场地大、无法穿插施工及无法重复利用等缺点，这主要是土体加固需要采取旋喷粧加固的方法造成的。现如今地铁建设对精细化施工、绿色施工的要求越来越高，工程建设中施工周期短、施工工作面小、并要求尽可能采用可重复利用材料。因此，现有的始发端头土体加固方法与地铁建设的施工条件是相违背的，传统的始发端头加固方法亟待改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种具有施工费用低、占用场地小、周期短及可穿插施工等特点的隧道始发端加固密封装置及方法。
[0005]本发明所采用的技术方案为:一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于:它包括主体结构、密封结构和保压结构，所述主体结构包括始发洞门内衬墙，在始发洞门内衬墙的始发洞口上固定有始发钢套筒，所述密封结构包括沿始发钢套筒内圈轴向方向设置的多组钢丝刷，相邻组钢丝刷、始发钢套筒内壁、盾构机外壳之间围合构成一个密封舱，所述保压结构包括在始发钢套筒上轴向方向的多组注脂管和多组压力感应器，每组密封舱对应设置一组注脂管，至少每两组钢丝刷之间设置一组压力感应器。
[0006]按上述技术方案，每组钢丝刷由沿始发钢套筒内圈周向方向设置的多个钢丝刷组成，每组注脂管由沿始发钢圈周向方向设置的多个注脂管组成，每组压力传感器由沿始发钢圈周向方向设置的多个压力传感器组成。
[0007]按上述技术方案，始发洞门内衬墙包括延伸洞门和预埋环板，所述始发钢套筒与预埋环板通过螺栓连接固定。
[0008]按上述技术方案，所述始发钢套筒由多块相同的弧形板依次相连而成，在弧形板的外壁两侧均设置有环板，在两环板之间设置有梯形筋板，所述梯形筋板的高度由一侧向另一侧逐渐递增。
[0009]按上述技术方案，近始发洞口的钢丝刷的高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.1?2.2倍;其余组钢丝刷的高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.8?2.9倍。
[0010]按上述技术方案，注脂管包括球阀和接口，所述压力感应器测量范围为0_6bar。[0011 ] 一种隧道始发端加固密封方法，其特征在于，它包括如下步骤: s 1、提供上述所述的隧道始发端加固密封装置；
52、根据始发端头处土质分区图，计算密封舱高程处被动土压力；
53、始发推进前通过各组注脂管向对应的密封舱内注脂形成密封压力，注脂后各压力感应器监测点数值应大于对应点被动土压力，从而平衡所受土压力；
54、盾构机推进过程中，根据密封舱内压力传感器读数，调整注脂速度以平衡由于超挖所形成的土压力变化，调整后的舱内各点压力值为土压力的2?3倍。
[0012]本发明所取得的有益效果为:本发明依靠始发钢套筒、钢丝刷及盾体外壳形成密封舱，从而保证始发端头处土体、地下水不会从盾构机外壳与钢套筒的缝隙中流出，在每2组钢丝刷之间设置一组感应器，可实时监控密封舱内的压力状态，对始发端头加固中可能出现的情况进行预警，能满足土体抗渗和自稳性要求，从而保证盾构机始发顺利的进行;发明具有可穿插施工、施工周期短、占用场地小等优点。始发端头加固工艺仅需钢丝刷及感应器先在钢结构制造厂加工、拼装成型后，运输到现场进行安装，相对以往的施工工艺，节省了土体加固、排水井降水的施工时间及场地，并可与现场其它车站、盾构区间穿插施工，操作方便，提高了工作效率。
【附图说明】
[0013]图1为始发端头加固密封体系结构示意图。
[0014]图2为主体结构示意图。
[0015]图3为始发钢套筒结构示意图。
[0016]图4为弧形板结构示意图。
[0017]图5为始发洞门内衬墙示意图。
[0018]图6为密封结构示意图。
[0019]图7保压结构示意图。
[0020]图8为密封、保压结构平面示意图。
[0021 ]图9为本发明提供的工作流程图。
[0022]附图标记说明:1-主体结构；I1-密封结构；II1-保压结构；1-始发钢套筒；2-始发洞门内衬墙；3-钢丝刷;4-钢丝刷；5-注脂管；6-压力感应器；10-弧形板；20-延伸洞门；21-预埋环板;101-环板；102-环板；103-筋板；104-圈板；211-预埋圆环板。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024]如图1所示，本实施例提供了一种隧道始发端加固密封装置，它包括主体结构1、密封结构II和保压结构III，所述主体结构I包括始发洞门内衬墙2和在始发洞门内衬墙的始发洞口上通过螺栓固定的始发钢套筒1，所述密封结构II包括沿始发钢套筒1内圈轴向方向设置的多组钢丝刷，相邻组钢丝刷、始发钢套筒内壁、盾构机外壳之间围合构成一个密封舱，所述保压结构包括在始发钢套筒上轴向方向的多组注脂管和多组压力感应器，每组密封舱对应设置一组注脂管，每两组钢丝刷之间设置一组压力感应器。
[0025]如图2、3、4所示，所述始发钢套筒1主要由8块相同的弧形板10通过焊接组成;每个弧形板10包括环板101、环板102、筋板103和圈板104组成，环板101、环板102分别焊接于圈板104的两侧;所述筋板的两侧分别与两环板相连，所述筋板103为梯形板状结构，其高度由一侧向另一逐渐递增，其中，环板101、环板102、圈板104均为1 /8圆环形结构。
[0026]如图5所示，所述始发洞门内衬墙2主要由延伸洞门20和预埋环板21组成;所述始发钢套筒1与预埋环板21通过螺栓连接固定。所述延伸洞门20为钢筋混凝土为圆环形结构，其通过螺栓与环板101连接;所述预埋环板21包括8块相同的预埋圆环板211焊接组成;所述预埋圆环板211为1/8圆环形结构。
[0027]
本实施例中，每组钢丝刷由沿始发钢套筒1内圈周向方向焊接的多个钢丝/4组成，钢丝刷4设置有3组，靠近始发洞口的那组钢丝刷3要求高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.1?2.2倍;其余组的钢丝刷组4要求高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.8?2.9倍。
[0028]本实施例中，每组注脂管由沿始发钢圈周向方向焊接的多个注脂管5组成，共设置有2组注脂管;每组压力传感器由沿始发钢圈周向方向焊接的8个压力传感器6组成，共设置有3组压力传感器，注脂管30包括球阀和接口组成，注脂管球阀直径不小于2.5寸，所述压力感应器型号为eesk7，测量范围为0_6baro
[0029]如图8所示，本发明还提供了一种隧道始发端加固密封方法，其包括如下步骤:
(1)制造并组装上述装置，完成结构组装；
(2)根据始发端头处土质分区图，计算密封舱高程处被动土压力，包括3排共计24个注脂点压力；
(3)始发推进前以靠近延伸洞门的第1排注脂孔缓慢向第1个密封舱内注脂，注脂过程中监测各压力监测点数据变化;注脂过程中出现某1监测点压力明显小于周围监测点时，向其临近注脂孔加速注脂；当第1排监测点压力值为各点被动土压力的1.2?1.4倍时停止注月旨，继续监测各压力监测点数据，依次向远离延伸洞门方向的密封舱内注脂形成密封压力，注脂后各压力感应器监测点数值应大于对应点被动土压力，从而平衡所受土压力；
(4)在盾构机推进过程中，同时向密封舱内注脂，监测各压力监测点数据，此时应注意需盾构机刀盘通过第1组钢丝刷20公分时才能旋转刀盘，以免钢丝刷卷入刀盘。当第1个密封舱内各点压力值为土压力2?3倍，且第1排监测点压力值为各点被动土压力的1.2倍以上时停止注脂。
【主权项】
1.一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于:它包括主体结构、密封结构和保压结构，所述主体结构包括始发洞门内衬墙，在始发洞门内衬墙的始发洞口上固定有始发钢套筒，所述密封结构包括沿始发钢套筒内圈轴向方向设置的多组钢丝刷，相邻组钢丝刷、始发钢套筒内壁、盾构机外壳之间围合构成一个密封舱，所述保压结构包括在始发钢套筒上轴向方向的多组注脂管和多组压力感应器，每个密封舱对应设置一组注脂管，至少每两组钢丝刷之间设置一组压力感应器。2.根据权利要求1所述的一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于，每组钢丝刷由沿始发钢套筒内圈周向方向设置的多个钢丝刷组成，每组注脂管由沿始发钢圈周向方向设置的多个注脂管组成，每组压力传感器由沿始发钢圈周向方向设置的多个压力传感器组成。3.根据权利要求1或2所述的一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于，始发洞门内衬墙包括延伸洞门和预埋环板，所述始发钢套筒与预埋环板通过螺栓连接固定。4.根据权利要求3所述的一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于，所述始发钢套筒由多块相同的弧形板依次相连而成，在弧形板的外壁两侧均设置有环板，在两环板之间设置有梯形筋板，所述梯形筋板的高度由一侧向另一侧逐渐递增。5.根据权利要求1或2所述的一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于，靠近始发洞口的钢丝刷的高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.1?2.2倍;其余组钢丝刷的高度为盾构机外壳到圈板内径的距离的2.8?2.9倍。6.根据权利要求1或2所述的一种隧道始发端加固密封装置，其特征在于，注脂管包括球阀和接口，所述压力感应器测量范围为0-6bar。7.一种隧道始发端加固密封方法，其特征在于，它包括如下步骤: S1、提供权利要求1至6中任一权利要求所述的隧道始发端加固密封装置； S2、根据始发端头处土质分区图，计算密封舱高程处被动土压力； S3、始发推进前通过各组注脂管向对应的密封舱内注脂形成密封压力，注脂后各压力感应器监测点数值应大于对应点被动土压力，从而平衡所受土压力； S4、盾构机推进过程中，根据密封舱内压力传感器读数，调整注脂速度以平衡由于超挖所形成的土压力变化，调整后的舱内各点压力值为土压力2?3倍。
【专利摘要】本发明公开了一种隧道始发端加固密封装置及方法。它包括主体结构、密封结构和保压结构，所述主体结构包括始发洞门内衬墙，在始发洞门内衬墙的始发洞口上固定有始发钢套筒，所述密封结构包括沿始发钢套筒内圈轴向方向设置的多组钢丝刷，相邻组钢丝刷、始发钢套筒内壁、盾构机外壳之间围合构成一个密封舱，所述保压结构包括在始发钢套筒上轴向方向的多组注脂管和多组压力感应器，每组密封舱对应设置一组注脂管，至少每两组钢丝刷之间设置一组压力感应器。本发明在保证盾构机始发顺利进行的基础上，具有施工费用低、占用场地小、周期短及可穿插施工等特点。
【IPC分类】E21D9/14, E21D9/06
【公开号】CN105422127
【申请号】CN201510875491
【发明人】雷波, 杨向华, 高波, 张晓俊, 钱叶存, 殷如峰
【申请人】中建三局第一建设工程有限责任公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月2日