一种气囊式预埋钢环止水系统的制作方法

本发明涉及盾构法隧道施工领域，具体是一种气囊式预埋钢环止水系统。

背景技术：

盾构机接收是盾构法隧道施工过程中的关键工序，接收过程存在较大的风险。由于接收时盾构机壳体与洞口预埋钢环之间存在环状缝隙，如端头加固效果不理想，容易出现涌水涌砂现象。特别是对于透水性较强的地层，涌水涌砂现象特别严重，影响施工的正常进行，甚至造成安全事故。

目前常采用的密封方法是橡胶帘布和压板密封。由于盾构机与预埋钢环的缝隙为环状，洞门橡胶帘布和洞门压板均为分块布置，块与块之间难免存在缝隙，密封效果较差，且容易破损。

技术实现要素：

本发明意在提供一种气囊式预埋钢环止水系统，以解决强渗水地层中盾构接收时容易涌水、涌砂的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：

一种气囊式预埋钢环止水系统，包括有钢筒与洞口环组成的预埋钢环体，所述钢筒与洞口环焊接，还包括气泵、折叠式环状橡胶气囊和气泵控制系统，所述钢筒与洞口环均由两个半圆结构组成，所述钢筒内侧布置有若干个用于测量泥浆压力的压力传感器，所述钢筒内侧绕圆周方向开有环状凹槽，且所述折叠式环状橡胶气囊布置在凹槽内，所述折叠式环状橡胶气囊连通有密贴式气流管道，所述密贴式气流管道与气泵连通，所述密贴式气流管道上安装有气压计，所述压力传感器、气压计和气泵均电连接在气泵控制系统中。

基础方案的有益效果：(1)盾构机壳体进入预埋钢环时，气泵启动给折叠式环状橡胶气囊充气，使得折叠式环状橡胶气囊与盾构机壳体紧密接触，形成封闭空间，能有效预防涌水涌砂现象的发生。

(2)气泵控制系统分析压力传感器与气压计的数据自动动态控制气泵充气量，实现了自动化控制，且能够对泥浆压力进行实时监控，保证在出现涌水、涌砂等现象泥浆压力变小时，气泵能够及时对折叠式气囊充气，有效防止涌水、涌砂的情况产生。

进一步，所述压力传感器设有四个，四个所述压力传感器分别布置在钢筒的上、下、左、右四处。能够全方位的对泥浆压力进行测量。

进一步，所述折叠式环状橡胶气囊可拆卸连接在凹槽内，且所述折叠式环状橡胶气囊与凹槽紧密连接，未充气状态下折叠式环状橡胶气囊不会露出凹槽。折叠式环状橡胶气囊可拆卸连接，便于对折叠式环状橡胶气囊进行循环利用，折叠式环状橡胶气囊与凹槽紧密连接能够有效防止泥浆等进入到凹槽中影响折叠式环状橡胶气囊充气。

进一步，所述密贴式气流管道和气压计至少设有四组，所述密贴式气流管道周向均匀分布在钢筒上，所述洞口环上设有开口，所述密贴式气流管道通过洞口环上的开口穿出，所述密贴式气流管道一端与气泵相连，另一端均与折叠式环状橡胶气囊相连。能够保证对折叠式环状橡胶气囊均匀充气。

进一步，还包括至少两道钢刷，所述钢刷周向固定在洞口环靠近钢筒的一侧。钢刷能够对涌水、涌砂现象进行初步预防。

附图说明

图1为本发明实施例与盾构机配合的局部剖视图；

图2为本发明实施例中折叠式环状橡胶气囊的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：预埋钢环体1、压力传感器2、折叠式环状橡胶气囊3、密贴式气流管道4、气压计5、气泵6、钢刷7、盾构机壳体8、钢筒11、洞口环12。

实施例

基本如附图1、图2所示：一种气囊式预埋钢环止水系统，包括有钢筒11与洞口环12焊接成的预埋钢环体1、气泵6、折叠式环状橡胶气囊3和气泵6控制系统，钢筒11与洞口环12均由两个半圆结构组成，钢筒11内侧布置有四个用于测量泥浆压力的压力传感器2，四个压力传感器2分别布置在钢筒11的上、下、左、右四处。钢筒11内侧绕圆周方向开有环状凹槽，折叠式环状橡胶气囊3可拆卸连接在凹槽内，且折叠式环状橡胶气囊3与凹槽紧密连接，未充气状态下折叠式环状橡胶气囊3不会露出凹槽。折叠式环状橡胶气囊3连通有密贴式气流管道4，密贴式气流管道4气压计5设有四个，四个密贴式气流管道4周向均匀分布在钢筒11上，洞口环12上设有开口，密贴式气流管道4通过洞口环12上的开口穿出，密贴式气流管道4一端与气泵6连通，另一端均与折叠式环状橡胶气囊3连通，密贴式气流管道4上安装有气压计5。压力传感器2、气压计5和气泵6均电连接在气泵6控制系统中。

具体实施过程如下：安装时首先将四组泥浆压力传感器2和密贴式气流管道4分别安装在钢筒11的上半环和下半环上；再将上半环和下半环拼装好，安装折叠式环状橡胶气囊3，并与四根密贴式气流管道4连接；然后安装洞口环12，并将密贴式气流管道4穿过预留孔洞依此与气压计5和气泵6连接；最后安装钢刷7，并连接好相关控制线路。

当盾构机壳体8进入预埋钢环体1时，启动气泵6控制系统，气泵6自动充气使得折叠式环状橡胶气囊3与盾构机壳体8紧密接触，形成封闭区域。气泵6的初始充气量通过有限次试验得到，本实施例不作具体说明。当密封效果良好时，压力传感器2测得的数据比较稳定或持续增加；当折叠式环状橡胶气囊3发生涌水、涌砂现象时，压力传感器2测得的数据突然变小，此时气泵6控制系统控制气泵6充入一定量气体使得折叠式环状橡胶气囊3内气压值提高一个梯度。充气完成后，若压力传感器2测得的数据稳定，则气泵6控制系统控制气泵6停止充气；若压力传感器2测得的数据持续变小，则重复充气步骤，直至压力传感器2测得的数据稳定为止。充气过程也可人工干预，当有突发紧急情况时，可人为操控充气过程。盾构机通过预埋钢环体1后，先拆解盾构机，再拆解洞口环12和气泵6，最后拆解折叠式环状橡胶气囊3和钢筒11的上下半环，完成盾构接收过程。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：

技术总结
本专利涉及盾构法隧道施工领域，具体是一种气囊式预埋钢环止水系统，包括有钢筒与洞口环组成的预埋钢环体、气泵、折叠式环状橡胶气囊和气泵控制系统，钢筒内侧布置有若干个用于测量泥浆压力的压力传感器，钢筒内侧绕圆周方向开有环状凹槽，且折叠式环状橡胶气囊布置在凹槽内，折叠式环状橡胶气囊连通有密贴式气流管道，密贴式气流管道与气泵连通，密贴式气流管道上安装有气压计，压力传感器、气压计和气泵均电连接在气泵控制系统中。盾构机壳体进入预埋钢环时，气泵启动给折叠式环状橡胶气囊充气，使得折叠式环状橡胶气囊与盾构机壳体紧密接触，形成封闭空间，解决了强渗水地层中盾构接收时容易涌水、涌砂的问题。

技术研发人员：杨志强;肖超;张艳涛;熬贵勇;沈俊;瞿勇
受保护的技术使用者：中建隧道建设有限公司
技术研发日：2019.07.25
技术公布日：2019.09.24