大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置的制作方法

本发明涉及盾构隧道工程技术领域，具体涉及一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置。

背景技术：

我国城市人口密集，地面交通状况口益紧张。为改善缓解城市地面交通压力，我国人口密集的繁华大城市大力开展地下工程，盾构法施工是城市地铁隧道、公路隧道等建设的主流施工方法。我国目前在地下工程中使用的盾构主要分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构，其中泥水平衡盾构在盾构切削前方土体推进时通过可调节压力的泥浆稳定前方土体，又因泥水平衡盾构在整个掘进过程中完全处于密封状态，其对地层的稳定性好于土压盾构，所以泥水平衡盾构凭借其更好的稳定性及更可靠的安全性，也越来约受欢迎，已成为大型穿江越海隧道和城市地铁建设不可或缺的关键技术。随着我国城市地铁、引水隧洞尤其是大型过江过河隧道工程的大规模兴建，泥水盾构隧道技术的应用越来越广泛。已建成的上海、南京、武汉穿越长江隧道，南水北调中线穿黄隧道，杭州钱江隧道、广深港客运专线狮子洋隧道等工程都采用泥水盾构施工，正在建设中的多个城市的地铁、城市公路隧道的越江河隧道工程中，都准备或正在采用泥水盾构工法。泥水盾构隧道技术已成为我国重大地下工程建设领域不可或缺的关键技术之一。

泥水盾构施工中，盾构始发进洞是盾构法施工的重大风险源之一，尤其是在地下水丰富，地下水位高的地质状况中施工时，对盾构始发洞门的密封性能要求极高。为保障盾构始发进洞安全快速，目前盾构始发洞门密封通常采用延伸洞门密封装置，防止盾构始发掘进过程(盾体未完全进入地层之前)出现突泥、涌水、泥浆泄漏，以保障盾构始发掘进安全。而上述延伸洞门密封装置，对于较大直径的泥水盾构始发掘进来说，由于泥水盾构掘进时采用泥水环流的出渣方式，利用特制的泥浆通过加压维持开挖面稳定。泥水盾构泥仓开始始发掘进过程，由于泥仓需要建压，导致在盾构始发掘进过程中，洞门密封经常出现较为严重的漏浆现象，使得盾构泥仓无法正常建压，开挖面稳定、地表沉降、盾构始发掘进姿态难以控制，加大了掌子面坍塌、地表较大沉降、突泥涌砂、涌水的施工风险。

另外，在一些盾构机始发与洞门位置关系较为特殊工程中，比如盾构机在轴向和纵向上都与洞门存在一定的夹角。如采用常规的洞门密封方式，不可保证洞门的密封效果，泥水盾构泥仓开始始发掘进过程，由于泥仓需要建压，导致在盾构始发掘进过程中，洞门密封经常出现较为严重的漏浆现象，使得盾构泥仓无法正常建压，开挖面稳定、地表沉降、盾构始发掘进姿态难以控制，加大了掌子面坍塌、地表较大沉降、突泥涌砂、涌水的施工风险。

技术实现要素：

为了更好解决上述现有技术中所存在的问题，本使用新型提供一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，其中，包括主体结构、埋设在所述主体结构中的预埋钢环、所述预埋钢环上固定有延伸洞门钢环，所述延伸洞门钢环上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环径向布置的第一道帘布橡胶板和第二道帘布橡胶板，其特征在于：所述第一道帘布橡胶板背面固定有弹性止水层，所述第一道帘布橡胶板和第二道帘布橡胶板之间的延伸洞门钢环上设有注浆孔。

所述第一道帘布橡胶板前侧的预埋钢环上设置有一道盾尾止浆板，所述盾尾止浆板沿预埋洞门钢环圆周均匀分布，各盾尾止浆板之间密封焊接，所述盾尾止浆板上背面固定有弹性止水层。

所述第一道帘布橡胶板前侧的预埋钢环上设置有至少一道钢丝刷，所述钢丝刷沿预埋洞门钢环圆周均匀分布，各钢丝刷之间密封焊接，所述钢丝刷背面固定有弹性止水层。

本发明还公开了另外一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，包括主体结构、埋设在所述主体结构中的预埋钢环、所述预埋钢环上固定有延伸洞门钢环，所述延伸洞门钢环上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环径向布置的第一道帘布橡胶板和第二道帘布橡胶板，其特征在于：所述预埋钢环和延伸洞门钢环之间设有洞门钢环，所述洞门钢环上设有至少一道钢丝刷，所述钢丝刷沿洞门钢环圆周均匀分布，各钢丝刷之间密封焊接，所述钢丝刷背面固定有弹性止水层，所述钢丝刷和第一道帘布橡胶板之间的洞门钢环上设有注脂孔。

所述钢丝刷为两道，所述两道钢丝刷之间的间距为70-100cm，所述钢丝刷倾斜地连接在的洞门钢环的内壁上，所述钢丝刷与洞门钢环进洞方向的夹角为40度至70度。

所述盾尾止浆板倾斜地连接在的预埋洞门钢环的内壁上，所述盾尾止浆板与预埋洞门钢环进洞方向的夹角为40度至70度。

所述第一道帘布橡胶板前侧设置有两道钢丝刷，所述钢丝刷倾斜地连接在的预埋洞门钢环的内壁上，所述钢丝刷与预埋洞门钢环进洞方向的夹角为40度至70度。

所述弹性止水层为密度大于或等于35kg/m³的高密度海绵。

所述弹性止水层纵向截面的形状为三角形或梯形。所述弹性止水层纵向截面的形状及尺寸因盾构机盾壳与洞门的间距不同而有所变化。

所述弹性止水层压缩前与压缩后的比例为1.6-2.0，从而防止损坏其所固定的帘布橡胶板、盾尾止浆板或钢丝刷。

所述弹性止水层前侧的钢环上设有弹性止水层定位件，用来把弹性止水层控制在其所在的压缩后帘布橡胶板、盾尾止浆板或钢丝刷与钢环和止水层定位件所形成的空间内，防止弹性止水层在盾构掘进过程中脱落。

有益效果

1、本发明大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置具有的封水能力，从而提高了整个洞门的密封性。本发明中在帘布橡胶板或盾尾止浆板或钢丝刷后方增加弹性止水层，给帘布橡胶板或盾尾止浆板或钢丝刷一个反弹力，使得帘布橡胶板或盾尾止浆板或钢丝刷与盾体面更好的结合，且由高密度海绵组成的弹性防水层本身也具有一定的止水功能，从而使得洞门密封具有很好地封水止浆能力，提高了整个洞门的密封性，能有效地防止盾构始发掘进过程中出现突泥、涌水、泥浆泄漏现象的发生，以保障盾构始发掘进安全。

2、本发明大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置安装方便，经济实惠，便于推广。本发明中在帘布橡胶板或盾尾止浆板或钢丝刷增加由高密度海绵弹性止水层的技术方案即可达到始发洞门密封止水封浆要求，经济实惠，并且安装方便，便于推广使用。

附图说明

图1是现有技术中始发洞门密封装置的结构示意图；

图2是实施例1始发洞门密封装置的结构示意图；

图3是实施例1始发洞门密封装置使用状态结构示意图；

图4是实施例1中盾构机与始发洞门平面位置关系示意图；

图5是实施例1中盾构机与始发洞门纵断面位置关系示意图；

图6是实施例1中盾构机与始发洞门横断面位置关系示意图；

图7是实施例1中弹性止水层上部形状和固定位置示意图；

图8是实施例1中弹性止水层中部形状和固定位置示意图；

图9是实施例1中弹性止水层下部形状和固定位置示意图；

图10是实施例2始发洞门密封装置的结构示意图；

图11是实施例2始发洞门密封装置的使用状态结构示意图；

图12是实施例3始发洞门密封装置的结构示意图；

图13是实施例3始发洞门密封装置的使用状态结构示意图

图14是实施例4始发洞门密封装置的结构示意图；

图15是实施例4始发洞门密封装置的使用状态结构示意图；

在图中，主体结构1、预埋钢环2、延伸洞门钢环3、第一道帘布橡胶板4、第二道帘布橡胶板5、弹性止水层6、注浆孔7、弹性止水层定位件8、盾尾止浆板9、钢丝刷10、洞门钢环11、注脂孔12、盾构刀盘13、盾构盾体14。

具体实施方式

下面结合附图、通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中的背面是指第一道帘布橡胶板受压后所倾斜方向的那一面，前是指盾构进洞推进方向。

实施例1

本实施例中的大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置在衡阳市合江套湘江隧道工程使用，衡阳市合江套湘江隧道工程位于衡阳市城区北部，东岸是珠晖区，西岸是石鼓区，处于湘江、耒水、蒸水三水汇水口位置，距离蒸水汇水口下游约2.4km，距离耒水汇水口上游约0.2km处，盾构隧道采用双洞型式，采用一台11710mm的大直径气垫式泥水盾构掘进施工。管片内径10.3m、外径11.3m，建筑界限8.5×4.5m，分为南北两线穿越湘江，其中主线单洞合计长约1867.2m。

盾构始发井位于衡阳市珠晖区湘江东岸，接收井位于衡阳市石鼓区湘江西岸。盾构始发洞门距离湘江仅100m，地下水丰富，地下水位高，且主要为地层裂隙承压水，对盾构始发洞门的密封性能要求极高。并且本工程盾构机始发与洞门位置关系较为特殊，参见图4、图5、图6，盾构机在横向和纵向上都与洞门存在一定的夹角，如采用常规的洞门密封方式，参见图1，不可保证洞门的密封效果。

参见图2、图3、图7-图9，一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，包括主体结构1、埋设在所述主体结构1中的预埋钢环2、所述预埋钢环2上固定有延伸洞门钢环3，所述延伸洞门钢环3上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环3轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环3径向布置的第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5，其特征在于：所述第一道帘布橡胶板4背面固定有弹性止水层6，所述第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5之间的延伸洞门钢环3上设有注浆孔7。所述弹性止水层6为密度大于或等于35kg/m³的高密度海绵。

所述弹性止水层6前侧的预埋钢环2上设有弹性止水层定位件8，用来把弹性止水层6控制在其所在的压缩后第一道帘布橡胶板4、预埋钢环2和止水层定位件8所形成的空间内，防止弹性止水层6在盾构掘进过程受压后前移并脱落。

所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.6-2.0，从而防止损坏其所固定的第一道帘布橡胶板4。本实施例中所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.8。

为了满足盾构斜体始发填充密封效果需要，所述弹性止水层6纵向截面（隧道轴线方向）的形状和尺寸根据始发洞门与盾构机盾壳的间距得出，本实施例中，因始发盾构机为斜线始发，参见图4、图5和图6，盾构机盾壳与始发洞门的位置关系各位置不尽相同，所以弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸也不相同，在盾构盾体14靠近掌子面采用三角形截面弹性止水层6，在远离掌子面采用梯形截面弹性止水层6。本实施例中盾构机盾壳与始发洞门的间距上部为134mm，下部为324mm，左右中部两侧为230mm。为了使弹性止水层6既能有效的发挥弹性防水性能，又不损坏海绵，弹性止水层6按上下直径平均分上、中、下部三种不同的形状和尺寸进行安装。参见图7，所述弹性止水层6纵向截面的形状为三角形，其中与第一道弹性橡胶板4接触的那一面边长为507mm，压缩后与预埋钢环2接触的那一面边长为424mm，剩余一边边长为321mm；参见图8，所述弹性止水层6纵向截面的形状为等边三角形，其中与第一道弹性橡胶板4接触的那一面边长为530mm，压缩后与预埋钢环2接触的那一面边长为447mm，剩余一边边长为447mm；参见图9，所述弹性止水层6纵向截面的形状为直角梯形，其中与第一道弹性橡胶板4接触的那一面边长为530mm，与第一道弹性橡胶板4接触的那一面边长相对的另一边边长为260mm，与预埋钢环2接触的那一面边长为331mm，为防止弹性止水层6在盾构掘进过程中脱落，弹性止水层6形状控制在帘布橡胶板下，采用海绵胶（或管片密封胶）将弹性止水层6与预埋钢环2接触的那一面粘贴在预埋钢环2上。海绵采用海绵胶（管片胶也有用、凝固时间稍长）粘贴海绵时，应海绵表面较粗糙，胶水涂层需厚，不底于3mm。

本发明实施例大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置密封效果

盾构机空推过海绵区域时，速度不能太快，且推速均匀（4-5cm/min)。刀盘过防止弹性止水层6全部受力后，检查未一块脱落，且帘布橡胶板与刀盘（盾壳）接触均匀、无明显间隙，盾构机始发掘进洞门基本无漏浆现象，始发洞门密封情况较好，盾构始发掘进即建立满仓掘进，盾构掘进5m后，泥仓顶部可建压0.3-0.6bar,洞门密封后可实现正常建压。-3环开始掘进至+3环，完成洞门封堵，+4环开始正常建压开始同步注浆正常掘进，始发掘进前4环掘进参数见下表。

实施例2

参见图10、图11，一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，包括主体结构1、埋设在所述主体结构1中的预埋钢环2、所述预埋钢环2上固定有延伸洞门钢环3，所述延伸洞门钢环3上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环3轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环3径向布置的第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5，所述第一道帘布橡胶板4背面固定有弹性止水层6，所述第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5之间的延伸洞门钢环3上设有注浆孔7。所述第一道帘布橡胶板4前侧的预埋钢环2上设置有一道盾尾止浆板9，所述盾尾止浆板9和第一道帘布橡胶板4之间的轴向距离需满足第一道帘布橡胶板4在盾构盾体14挤压翻转后端部不得超出所述盾尾止浆板9端部(防止止浆板将帘布橡胶板割破)，轴向距离确定依据为所述第一道帘布橡胶板4、盾尾止浆板9受压翻转后第一道帘布橡胶板4与盾尾止浆板9搭接重叠长度不得大余止浆板长度的50%，且保证盾尾止浆板9受压翻转后不影响刀盘顶拢开挖面后旋转。所述盾尾止浆板9沿预埋钢环2圆周均匀分布，各盾尾止浆板9之间密封焊接，所述盾尾止浆板9上背面固定有弹性止水层6。所述弹性止水层6为密度大于或等于35kg/m³的高密度海绵。所述盾尾止浆板9倾斜地连接在的预埋钢环2的内壁上，所述盾尾止浆板9与预埋钢环2进洞方向的夹角为40-70度，本实施例中所述盾尾止浆板9与预埋钢环2进洞方向的夹角为70度。

所述弹性止水层6前侧的预埋钢环上设有弹性止水层定位件8，用来把弹性止水层6控制在其所在的压缩后第一道帘布橡胶板4/盾尾止浆板9、预埋钢环2和止水层定位件8所形成的空间内，防止弹性止水层6在盾构掘进过程受压后前移并脱落。

所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.6-2.0，从而防止损坏其所固定的第一道帘布橡胶板4或盾尾止浆板9。本实施例中所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.6。

所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸根据始发洞门与盾构机盾壳的间距得出，本实施例中，始发洞门与盾构机盾壳的间距大致相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状为三角形。

实施例3

参见图12、图13，一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，包括主体结构1、埋设在所述主体结构1中的预埋钢环2、所述预埋钢环2上固定有延伸洞门钢环3，所述延伸洞门钢环3上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环3轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环3径向布置的第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5，其特征在于：所述第一道帘布橡胶板4背面固定有弹性止水层6，所述第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5之间的延伸洞门钢环3上设有注浆孔7。所述第一道帘布橡胶板4前侧的预埋钢环2上设置有至少一道钢丝刷10，所述钢丝刷10沿预埋钢环2圆周均匀分布，各钢丝刷10之间密封焊接，所述钢丝刷10背面固定有弹性止水层6。所述弹性止水层6为密度大于或等于35kg/m³的高密度海绵。本实施例中，所述第一道帘布橡胶板4前侧设置有一道钢丝刷10，所述钢丝刷10倾斜地连接在的预埋钢环2的内壁上，所述钢丝刷10与预埋钢环2进洞方向的夹角为40-70度，本实施例中所述钢丝刷10与预埋钢环2进洞方向的夹角为70度。所述钢丝刷10和第一道帘布橡胶板4之间的轴向距离确定依据为所述第一道帘布橡胶板4、钢丝刷10受压翻转后第一道帘布橡胶板4与钢丝刷10搭接重叠长度不得大于钢丝刷10长度的50%，且保证钢丝刷10受压翻转后不影响刀盘顶拢开挖面后旋转。

所述弹性止水层6前侧的预埋钢环2上设有弹性止水层定位件8，用来把弹性止水层6控制在其所在的压缩后第一道帘布橡胶板4或钢丝刷10、预埋钢环2和止水层定位件8所形成的空间内，防止弹性止水层6在盾构掘进过程受压后前移并脱落。

所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.6-2.0，从而防止损坏其所固定的第一道帘布橡胶板4或钢丝刷10。本实施例中所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为2.0。

所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸根据始发洞门与盾构机盾壳的间距得出，本实施例中，始发洞门与盾构机盾壳的间距大致相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状为梯形。

实施例4

参见图14、图15，一种大直径泥水盾构隧道始发洞门密封装置，包括主体结构1、埋设在所述主体结构1中的预埋钢环2、所述预埋钢环2上固定有延伸洞门钢环3，所述延伸洞门钢环3上设有防水结构，所述防水结构为沿延伸洞门钢环3轴向间隔设置并沿延伸洞门钢环3径向布置的第一道帘布橡胶板4和第二道帘布橡胶板5，所述预埋钢环2和延伸洞门钢环3之间设有洞门钢环11，所述洞门钢环11上设有至少一道钢丝刷10，所述钢丝刷10沿洞门钢环圆周均匀分布，各钢丝刷10之间密封焊接，所述钢丝刷10背面固定有弹性止水层6，所述钢丝刷10和第一道帘布橡胶板4之间的洞门钢环上设有注脂孔12。

所述钢丝刷10为两道，所述两道钢丝刷10之间的间距为70-100cm，本实施例中的距离为83cm，所述钢丝刷10倾斜地连接在的洞门钢环11的内壁上，所述钢丝刷10与洞门钢环11进洞方向的夹角为40度至70度，本实施例中的夹角为50度。

所述弹性止水层6前侧的洞门钢环11上设有弹性止水层定位件8，用来把弹性止水层6控制在其所在的压缩后钢丝刷10、预埋钢环2和止水层定位件8所形成的空间内，防止弹性止水层6在盾构掘进过程受压后前移并脱落。

所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.6-2.0，从而防止损坏其所固定的钢丝刷10。本实施例中所述弹性止水层6压缩前与压缩后的比例为1.8。

所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸根据始发洞门与盾构机盾壳的间距得出，本实施例中，始发洞门与盾构机盾壳的间距大致相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状和尺寸相同，所述弹性止水层6纵向截面的形状为三角形。

实施例5

在盾构始发洞门纵向空间允许的情况下，即盾构刀盘13顶拢洞门开挖面后，刀盘到第一道帘布橡胶板4之间有足够的空间，可直接在预埋钢环2上增加两道钢丝刷10，钢尾刷10背面固定弹性止水层6，本实施例中除上述不同之外，其他同实施例4相同（图未画出）。