专利名称：一种全回收式盾构进出洞止水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道施工设备，具体涉及一种全回收式盾构进出洞止水装置，属于建筑技术领域。
背景技术：
进入21世纪以来，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设，盾构法作为地下空间开发的手段获得了飞速发展。盾构出洞是指盾构机在工作井内，自盾构主机开始定位，刀盘向前切削土体进入土层，沿设计线路向前掘进，直至盾构完全进入区间隧道，洞口反力架与负环管片拆除为止 的整个施工过程。盾构进洞是指盾构机到达工作井，完成到达前的定位测量、接收架的安装、管片连接装置的安装以及区间隧道洞口的处理等工作的施工过程。盾构的进出洞施工是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工技术的优劣将直接影响到建成后隧道或管道的轴线质量、进出洞口处环境保护的成效以及工程施工的成败。在盾构通过洞口及整过隧道施工过程中，洞口与盾构、洞口与隧道结构之间始终存在有一个圆环间隙，对该间隙通常采用洞门密封装置进行密封，以防止水、土通过间隙进入工作井。洞门密封装置是填充洞口与盾构机或洞口与管片间隙中的结构，其作用是挡泥、止水，并且将工作井与外部水土分隔开来，以确保施工的可靠性和安全性。常规的洞门密封装置采用的是密封垫圈加铰链板的结构(俗称“袜套”)，但“袜套”容易发生破损和反转等问题。因此，新型的盾构进洞密封装置也在不断的提出并付诸于实际工程应用，其中包括气囊盾构进洞密封装置、盾尾刷密封装置、反袜套洞门密封装置以及洞圈预埋冻结管密封装置等不同形式的洞门密封装置。洞圈内预埋冻结管是盾构在水中进洞情况下发明的特有技术，其原理是直接在隧道洞口的洞圈内预先埋设环管，待盾构进入洞圈后，在环管中充入循环的冷却介质，使盾构和洞圈之间的水土冻结起来，以起到封闭间隙和止水的作用。这种施工方法的缺点在于如采用液氮冻结，则费用较高；如采用盐水冻结，则工期长；并且环管的加工和埋设要求高，易于损坏，无法回用。近年来随着对大深度的断面化的盾构隧道的需求迅速增加，给大深度、大断面的地层加固和挡土墙墙面上盾构进出开口的施工作业进一步增加了难度，现有的盾构进出洞施工方法越来越不能满足施工条件和抗风险的要求。因此新型盾构进出洞止水装置的研究顺应当今隧道施工工程的发展，具有良好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有盾构进出洞施工技术的缺陷，提供一种全回收式盾构进出洞止水装置，以实现盾构安全、快速的进出洞施工，并且在施工结束后能够全部拆卸进行回收，重复使用，从而达到节约成本的目的。本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的一种全回收式盾构进出洞止水装置，其为一内腔充水的横卧钢制套筒，由过渡筒体、标准筒体组和端盖依次密封连接而成，所述过渡筒体连接隧道洞口的洞圈，所述标准筒体组的一端与该过渡筒体连接，另一端与所述端盖连接；所述标准筒体组由一个标准筒体或多个首尾密封连接的标准筒体组成，该标准筒体组的内腔中设有用以通入冷媒介质的冻结管，该内腔的底部设有用以承接盾构的纵向的导轨，该标准筒体组的顶部设有用以设备供电进线的预留孔、注水孔、排气孔、出料孔、通风孔、吊装孔和压力表，该标准筒体组的底部设有用于安装的基座；所述过渡筒体设有溢流阀；所述端盖设有用于排水的截止阀。所述的过渡筒体和标准筒体各自由两对合的半圆筒体构成，该两半圆筒体在对合处设有平面法兰，该平面法兰之间夹置有丁氰橡胶条并用螺栓连接紧固，所述两半圆筒体的外壁上焊接有若干纵向筋板和若干环向筋板；所述过渡筒体一端与隧道洞口的洞圈直接焊接，另一端设有环形法兰，所述标准筒体的两端均设有环形法兰，所述各环形法兰之间夹置有丁氰橡胶条并用螺栓紧固将过渡筒体、各标准筒体和端盖依次连接起来；所述端盖由两半圆平板组成，该两半圆平板外壁上设置有纵横交错的加强筋，所述的端盖下部的半圆平板上开设有人行闸门。所述的标准筒体组包括首尾密封连接的第一标准筒体、第二标准筒体、第三标准 筒体和第四标准筒体，所述排气孔包括第一排气孔和第二排气孔，所述压力表包括第一压力表和第二压力表，所述冻结管、预留孔、第一排气孔、出料孔和第二压力表设置于第一标准筒体上，所述通风孔和第二排气孔设置于第二标准筒体上，所述吊装孔和注水孔设置于第三标准筒体上，所述第一压力表设置于第四标准筒体上。所述的标准筒体组单独由第一标准筒体组成；或者所述的标准筒体组由第二标准筒体、第三标准筒体和第四标准筒体中的任一个或几个与第一标准筒体组合而成。所述的冻结管为扁形截面，沿所述装置的径向为小尺寸，沿轴向为大尺寸，其数量为一根或多根。本发明基于水土平衡和冻结法密封相结合的理念，提供了一种全回收式盾构进出洞止水装置，采用一个直径比盾构略大、长度比盾构略长的密闭钢筒状结构与洞门密闭连接，内部预先装有冻结管，通过在结构内灌入水等介质达到与土层压力的平衡，当盾构进入洞圈后，在冻结管中循环冷媒介质，冻结盾构和洞圈间的水土，起到封闭间隙和止水的作用，使盾构安全通过洞门。本发明既能用作为盾构始发时的出洞施工的整体止水装置，也能用作为盾构到达的整体接收止水装置，其适应范围广，能够普遍适应包括矩形、椭圆形等各类异形截面隧道的施工。本发明的有益效果在于1、有效地解决了传统盾构进出洞施工工法中容易引起漏泥、漏浆，从而导致结构的安全问题或造成地层沉降过大，以及出现险情时难以及时有效地处理的问题；2、结构简单，方便整体装拆，不易损坏，能够在施工后全部回收，重复利用，从而提高材料的利用率，节约施工成本；3、本发明操作简单，比传统的直接在洞圈内安装冻结管的方法既方便又可靠性；4、具有出洞止水装置和进洞止水装置两种功能，适应范围广，大大提高掘进机的施工效率。
图I为本发明的结构示意图。图2为本发明结构的横截面示意图。
图3为本发明端盖的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明提供了一种进出洞抗风险装置以及与之配套的施工技术和施工工艺，以实现盾构安全、快速地进出洞施 工。首先请参阅图I本发明的结构示意图，图示全回收式盾构进出洞止水装置为一内腔充水的横卧钢制套筒，其由过渡筒体I、标准筒体组和端盖10依次密封连接而成。所述过渡筒体I的一端与隧道洞口的洞圈直接焊接，其顶部设有溢流阀3，工作压力为0. 3MPa。所述标准筒体组的一端与该过渡筒体I的另一端连接，标准筒体组的另一端与所述端盖10连接。所述标准筒体组的内腔中设有用以通入冷媒介质的冻结管4。再请结合参阅图2，所述标准筒体组的内腔的底部设有两条用以承接盾构的纵向的导轨11，其底部设有用于安装的基座12，其顶部设有用以设备供电进线的预留孔15、用以向所述装置内腔充水的注水孔16、用以在注水时排气的排气孔、出料孔、通风孔19、吊装孔7和用以测量所述装置内部压力的压力表。所述端盖10设有用于排水的截止阀20。所述标准筒体组可以由一个标准筒体或多个首尾密封连接的标准筒体组成，在图I所示的实施例中，该标准筒体组包括首尾密封连接的第一标准筒体5、第二标准筒体6、第三标准筒体8和第四标准筒体9。所述排气孔包括第一排气孔23和第二排气孔24，所述压力表包括第一压力表17和第二压力表18。所述冻结管4、预留孔15、第一排气孔23、出料孔和第二压力表18设置于第一标准筒体5上；该冻结管4为扁形截面，沿所述全回收式盾构进出洞止水装置的径向为小尺寸，沿轴向为大尺寸，其数量为一根或多根；该预留孔15 口径为6寸，供设备供电进线；该第二个压力表18用于检测压力，安装于第一标准筒体5的下部。所述通风孔19和第二排气孔24设置于第二标准筒体6上，该通风孔19内径为800mm。所述吊装孔I和注水孔16设置于第三标准筒体8上，该吊装孔7的内净尺寸为2. OX I. 5m,该注水孔16为6寸孔，外接注水管。所述注水孔16、第一排气孔23和第二排气孔24各安装有二片式球阀，该第一排气孔23和第二排气孔24供注水时排气用。所述第一压力表17设置于第四标准筒体9上，用于测量筒体内的水压。在其它的实施例中，本发明中的标准筒体组可以单独由第一标准筒体5组成；也可以由第二标准筒体6、第三标准筒体8和第四标准筒体9中的任一个或几个与第一标准筒体5组合而成。所述的过渡筒体I和各标准筒体的结构类似，它们各自由两个对合的上、下半圆筒体构成(见图2)，该两半圆筒体在对合处设有水平的平面法兰，该平面法兰之间夹置有丁氰橡胶条2并用高强度螺栓连接紧固。各筒体的上、下两半圆筒体的外壁上焊接有若干纵向筋板13和若干环向筋板14，形成块形分隔状，以保证筒体结构的刚度。所述过渡筒体I 一端与隧道洞口的洞圈直接焊接，另一端设有环形法兰，所述各标准筒体第一标准筒体
5、第二标准筒体6、第三标准筒体8和第四标准筒体9的两端均设有环形法兰，各环形法兰之间夹置有丁氰橡胶条2并用高强度螺栓紧固，从而将过渡筒体I、各标准筒体和端盖10依次连接起来。请参阅图3，所述端盖10由上下两块半圆平板组成，该两半圆平板的外壁上设置有纵横交错的加强筋21以保证刚度，两半圆平板通过厚度40mm的法兰与最后一环标准筒体，即第四标准筒体9连接，且在端盖10下部的半圆平板中心偏下的位置上开设有人行闸门22，便于施工人员的进出，该端盖10下部安装供装置排水用的截止阀20。为保持所述全回收式盾构进出洞止水装置整体的稳定，所述端盖10上可设置四根预应力钢管撑与四根型钢限位支撑，中心可设置直径0300_的圆撑，支撑于盾构进出洞门的对应位置。所述全回收式盾构进出洞止水装置的所有筒体之间均采用丁氰橡胶条2进行密封，并在安装完成后从内部对所有接缝用环氧树脂进行处理。下面列举本发明的几个实施例，以说明所述全回收式盾构进出洞止水装置的结构和安装过程。实施例I作为盾构出洞始发止水装置。第一步安装所述装置的基座12。装置安装过程中，在基座12与标准筒体组之间 用钢垫块垫平，使整个装置各筒体的轴线保持一致。第二步气囊安装以及注浆管安装。在洞门内紧靠地连墙的位置安装一圈安全气囊，安全气囊外侧再焊接一圈花纹钢板，来缩小洞圈和盾构之间的间隙；在安全气囊接缝处插入注浆管以备洞门封堵用。第三步过渡筒体I以及第一标准筒体5安装。将过渡筒体I与第一标准筒体5在地面上进行组装，组装采用水平组装的方式，具体的做法是，先将过渡筒体I和第一标准筒体5的上、下两半圆筒体各自进行对接(采用定位销定位)，旋紧螺栓；再将过渡筒体I与第一标准筒体5对接(采用定位销定位)，预紧螺栓；随后将组装后的过渡筒体I和第一标准筒体5整体吊运至井下，调整其轴线与盾构进出洞轴线一致；施工人员从内部将过渡筒体I与洞圈焊接，过渡筒体I的外筋板与洞圈焊接；最后焊接第一标准筒体5中的上、下两个半环的冻结管。第四步将冻结管4引出第一标准筒体5之外，与制冷设备连接，连接好冷媒介质阀门。第五步安装端盖10。安装轨道11后，预紧端盖10与第一标准筒体5的对接螺栓。第六步盾构出洞施工。先凿除洞门，将盾构机靠上洞门，内加固土体。盾构进入所述全回收式盾构进出洞止水装置后，开启冷却系统，使冻结管4附近产生冻结体，随后进行隧道的封堵作业。实施例2作为盾构进洞接收止水装置。第一步安装所述装置的基座12。装置安装过程中，在基座12与标准筒体组之间用钢垫块垫平，使整个装置各筒体的轴线保持一致。第二步洞门预凿。盾构工作井地连墙厚度为I. 2m，盾构靠上地下连续墙，先凿除80cm厚的地下连续墙。第三步气囊安装以及注浆管安装。在洞门内紧靠地连墙的位置安装一圈安全气囊，安全气囊外侧再焊接一圈花纹钢板，来缩小洞圈和盾构之间的间隙；在安全气囊接缝处插入注浆管以备洞门封堵用。第四步过渡筒体I以及第一标准筒体5安装。将过渡筒体I与第一标准筒体5在地面上进行组装，组装采用水平组装的方式，具体的做法是，先将过渡筒体I和第一标准筒体5的上、下两半圆筒体各自进行对接(采用定位销定位)，旋紧螺栓；再将过渡筒体I与第一标准筒体5对接(采用定位销定位)，预紧螺栓；随后将组装后的过渡筒体I和第一标准筒体5整体吊运至井下，调整其轴线与盾构进出洞轴线一致；施工人员从内部将过渡筒体I与洞圈焊接，过渡筒体I的外筋板与洞圈焊接；最后焊接第一标准筒体5中的上、下两个半环的冻结管。第五步将冻结管4引出第一标准筒体5之外，与制冷设备连接，连接好冷媒介质阀门。第六步第二标准筒体6和第三标准筒体8安装。与过渡筒体I以及第一标准筒体5安装类似，第二标准筒体6和第三标准筒体8的安装先在地面整体拼装；然后吊运至井下，与第一标准筒体5对接安装，预紧螺栓，安装前需安置好各筒体间的丁氰橡胶条2 ;第二标准筒体6和第三标准筒体8安装完成后，将轨道11整体吊装进入所述装置内部以备安装。第七步第四标准筒体9安装。先在地面上整体拼装第四标准筒体9，同时安装第三标准筒体8外端法兰面的丁氰橡胶条2，然后吊装第四标准筒体9与第三标准筒体8连接，安装轨道11后安装端盖10，预紧端盖10与第四标准筒体9的对接螺栓；最后安装支撑体系，支撑于盾构进出洞门的对应位置。第八步盾构进洞施工。在所述装置内注入水，使装置内的水压力与洞门外的水压力平衡；盾构进入装置后，开启冷却系统，使冻结管4附近产生冻结体，从而达到止水作用，然后开启装置后部，进行隧道的封堵作业。实施例3作为盾构出洞始发止水装置。第一步安装所述装置的基座12。装置安装过程中，在基座12与标准筒体组之间用钢垫块垫平，使整个装置各筒体的轴线保持一致。第二步气囊安装以及注浆管安装。在洞门内紧靠地连墙的位置安装一圈安全气囊，安全气囊外侧再焊接一圈花纹钢板，来缩小洞圈和盾构之间的间隙；在安全气囊接缝处插入注浆管以备洞门封堵用。第三步过渡筒体I以及第一标准筒体5安装。将过渡筒体I与第一标准筒体5在地面上进行组装，组装采用水平组装的方式，具体的做法是，先将过渡筒体I和第一标准筒体5的上、下两半圆筒体各自进行对接(采用定位销定位)，旋紧螺栓；再将过渡筒体I与第一标准筒体5对接(采用定位销定位)，预紧螺栓；随后将组装后的过渡筒体I和第一标准筒体5整体吊运至井下，调整其轴线与盾构进出洞轴线一致；施工人员从内部将过渡筒体I与洞圈焊接，过渡筒体I的外筋板与洞圈焊接；最后焊接第一标准筒体5中的上、下两个半环的冻结管。第四步将冻结管4引出第一标准筒体5之外，与制冷设备连接，连接好冷媒介质阀门。第五步第四标准筒体9安装。先在地面上整体拼装第四标准筒体9，同时安装第一标准筒体5外端法兰面的丁氰橡胶条2，然后吊装第四标准筒体9与第一标准筒体5连接，安装轨道11后安装端盖10，预紧端盖10与第四标准筒体9的对接螺栓；最后安装支撑体系，支撑于盾构进出洞门的对应位置。、
第六步盾构出洞施工。先凿除洞门，将盾构机靠上洞门，内加固土体。盾构进入所述全回收式盾构进出洞止水装置后，开启冷却系统，使冻结管4附近产生冻结体，随后进行隧道的封堵作业。实施例4作为盾构出洞始发止水装置。第一步安装所述装置的基座12。装置安装过程中，在基座12与标准筒体组之间用钢垫块垫平，使整个装置各筒体的轴线保持一致。第二步气囊安装以及注浆管安装。在洞门内紧靠地连墙的位置安装一圈安全气囊，安全气囊外侧再焊接一圈花纹钢板，来缩小洞圈和盾构之间的间隙；在安全气囊接缝处插入注浆管以备洞门封堵用。 第三步过渡筒体I以及第一标准筒体5安装。将过渡筒体I与第一标准筒体5在地面上进行组装，组装采用水平组装的方式，具体的做法是，先将过渡筒体I和第一标准筒体5的上、下两半圆筒体各自进行对接(采用定位销定位)，旋紧螺栓；再将过渡筒体I与第一标准筒体5对接(采用定位销定位)，预紧螺栓；随后将组装后的过渡筒体I和第一标准筒体5整体吊运至井下，调整其轴线与盾构进出洞轴线一致；施工人员从内部将过渡筒体I与洞圈焊接，过渡筒体I的外筋板与洞圈焊接；最后焊接第一标准筒体5中的上、下两个半环的冻结管。第四步将冻结管4引出第一标准筒体5之外，与制冷设备连接，连接好冷媒介质阀门。第五步第二标准筒体6和第三标准筒体8安装。与过渡筒体I以及第一标准筒体5安装类似，第二标准筒体6和第三标准筒体8的安装先在地面整体拼装；然后吊运至井下，与第一标准筒体5对接安装，预紧螺栓，安装前需安置好各筒体间的丁氰橡胶条2 ;第二标准筒体6和第三标准筒体8安装完成后，将轨道11整体吊装进入所述装置内部以备安装。第六步安装端盖10。安装轨道11后，预紧端盖10与第一标准筒体5的对接螺栓。第七步盾构出洞施工。先凿除洞门，将盾构机靠上洞门，内加固土体。盾构进入所述全回收式盾构进出洞止水装置后，开启冷却系统，使冻结管4附近产生冻结体，随后进行隧道的封堵作业。
权利要求
1.一种全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述盾构进出洞止水装置为一内腔充水的横卧钢制套筒，其由过渡筒体(I )、标准筒体组和端盖(10)依次密封连接而成，所述过渡筒体(I)连接隧道洞口的洞圈，所述标准筒体组的一端与该过渡筒体(I)连接，另一端与所述端盖(10)连接；所述标准筒体组由一个标准筒体或多个首尾密封连接的标准筒体组成，该标准筒体组的内腔中设有用以通入冷媒介质的冻结管(4)，该内腔的底部设有用以承接盾构的纵向的导轨(11)，该标准筒体组的顶部设有用以设备供电进线的预留孔(15)、注水孔(16)、排气孔、出料孔、通风孔(19)、吊装孔(7)和压力表，该标准筒体组的底部设有用于安装的基座(12);所述过渡筒体(I)设有溢流阀(3);所述端盖(10)设有用于排水的截止阀(20)。
2.根据权利要求I所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述过渡筒体(I)和标准筒体各自由两对合的半圆筒体构成，该两半圆筒体在对合处设有平面法兰，该平 面法兰之间夹置有丁氰橡胶条(2)并用螺栓连接紧固，所述两半圆筒体的外壁上焊接有若干纵向筋板(13)和若干环向筋板(14);所述过渡筒体(I) 一端与隧道洞口的洞圈直接焊接，另一端设有环形法兰，所述标准筒体的两端均设有环形法兰，所述各环形法兰之间夹置有丁氰橡胶条(2)并用螺栓紧固将过渡筒体(I)、各标准筒体和端盖(10)依次连接起来；所述端盖(10)由两半圆平板组成，该两半圆平板外壁上设置有纵横交错的加强筋(21)。
3.根据权利要求2所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述端盖(10)下部的半圆平板上开设有人行闸门(22)。
4.根据权利要求1、2或3所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述标准筒体组包括首尾密封连接的第一标准筒体(5)、第二标准筒体(6)、第三标准筒体(8)和第四标准筒体(9)，所述排气孔包括第一排气孔(23)和第二排气孔(24)，所述压力表包括第一压力表(17)和第二压力表(18)，所述冻结管(4)、预留孔(15)、第一排气孔(23)、出料孔和第二压力表(18)设置于第一标准筒体(5)上，所述通风孔(19)和第二排气孔(24)设置于第二标准筒体(6)上，所述吊装孔(7)和注水孔(16)设置于第三标准筒体(8)上，所述第一压力表(17)设置于第四标准筒体(9)上。
5.根据权利要求4所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述标准筒体组单独由第一标准筒体(5 )组成。
6.根据权利要求4所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述标准筒体组由第二标准筒体(6)、第三标准筒体(8)和第四标准筒体(9)中的任一个或几个与第一标准筒体(5)组合而成。
7.根据权利要求I所述的全回收式盾构进出洞止水装置，其特征在于所述冻结管(4)为扁形截面，沿所述装置的径向为小尺寸，沿轴向为大尺寸，其数量为一根或多根。
全文摘要
一种全回收式盾构进出洞止水装置，为一内腔充水的横卧钢制套筒，由过渡筒体、标准筒体组和端盖依次密封连接而成，其中，过渡筒体连接隧道洞口的洞圈，标准筒体组的一端与该过渡筒体连接，另一端与端盖连接；标准筒体组由一个标准筒体或多个首尾密封连接的标准筒体组成，标准筒体组的内腔中设有用以通入冷媒介质的冻结管，该内腔的底部设有用以承接盾构的导轨，标准筒体组的顶部设有预留孔、注水孔、排气孔、出料孔、通风孔、吊装孔和压力表，其底部设有基座；过渡筒体设有溢流阀；端盖设有用于排水的截止阀。本发明具有出洞止水和进洞止水两种功能，结构简单，方便装拆，能够全部回收再利用以节约施工成本，能够实现盾构安全、快速地进出洞施工。
文档编号E21D9/06GK102748038SQ201210239579
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者何晓, 吴惠明, 庄欠伟, 朱敏明, 杨正, 蒋华钦, 蒋宏亮, 陆晓华 申请人:上海盾构设计试验研究中心有限公司, 上海隧道工程股份有限公司