一种隧道洞门密封安全结构及施工方法与流程

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道洞门密封安全结构及施工方法。

背景技术：

随着我国城市轨道交通设施的快速发展，盾构机已成为现代城市轨道交通和隧道工程施工中不可或缺的主流施工设备，而在盾构施工过程中经常出现盾构机始发及接收的环节，洞门的安全密封装置则是盾构机在始发及到达施工过程中必须使用的重要构件。目前国内盾构法施工的隧道，在此环节发生的重大安全事故案例已发生多起，其中最具代表性的是2019年4月，由某公司承建的郑州地铁某标段，盾构机已成功接收，但洞门密封安全装置安装不到位，导致洞门突发涌水涌砂事故，直接经济损失达1亿。

现有的始发及接收洞门密封装置为圆环板、折页翻板和帘布橡胶板的方式进行密封，该方法是在车站主体侧墙浇筑时，在预埋洞门钢环上预留螺栓孔，先安装第一道帘布橡胶板，再安装圆环板，最后安装折页翻板，通过长螺栓的方式进行连接固定。该方法依靠折页翻板压紧帘布橡胶板的方式进行堵水，帘布橡胶板与管片之间存在较大间隙，不能彻底达到密封效果，盾构在始发或接收过程中仍存在漏水漏砂风险，且该密封装置后期需要拆除，存在严重安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种隧道洞门密封安全结构及施工方法，针对现有技术的不足，通过盾构法结合本发明的结构对隧道的洞门进行彻底密封，来防止传统圆环板、折页翻板和帘布橡胶板结构密封不彻底的问题。

本发明的技术方案是：

一种隧道洞门密封安全结构，包括固定在隧道口土体上的钢环i，所述钢环i背离土体的一侧固定有钢管，钢管内圈固定钢环ii，钢环ii设置在背离钢环i的一端，所述钢环ii上设有用于注浆的连接结构，所述钢环ii内圈设置有环管i，所述环管i和钢环ii之间通过钢环iii固定，所述环管i、钢管、钢环ii、钢环iii均和钢环i同轴；

所述环管i包括多块依次拼接成圆形的管片i，且每两个相邻的管片i之间均设置有密封结构；

所述管片i包括弧形的管片主体，所述管片主体的拼接面均开设有用于放置密封结构的沟槽，所述管片主体的弧面上开设有注浆孔i，所述管片主体内预埋有钢筋网片，所述管片主体外圈设置有弧形钢板，所述弧形钢板和钢筋网片通过预埋连接件固定连接，弧形钢板和钢环iii固定。

优选地，每两个相邻的管片i之间通过多个高强螺栓连接。

优选地，所述密封结构包括沟槽内设置的三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶的复合型弹性密封垫。

优选地，所述连接结构包括用于连接注浆机的注浆管的连接头，所述连接头与开设在钢环ii上的注浆孔ii可拆卸式连接。

一种隧道洞门密封安全结构及施工方法，包括以下步骤：

s1、预制多个管片i，利用气体保护焊将弧形钢板的内弧面和锚固件一端焊接，锚固件的另一端和钢筋网片焊接组成骨架，将支护模板内壁清理干净，在混凝土浇筑台上拼装并固定支护模板，将骨架放置在支护模板内，然后固定骨架位置，浇水湿润支护模板后浇筑混凝土，浇筑混凝土过程中，边浇筑边振捣，振捣混凝土时注意勿碰动钢筋网片及弧形钢板，标准养护ˉ周，拆除支护模板，即得到管片i的结构；

s2、待盾构机始发之前，按照设计坐标和高程，预先在隧道进口洞门的土体上通过混凝土浇筑预埋第一钢环i，在第一钢环i背离土体的一侧焊接第一钢管，然后在第一钢管内圈焊接第一钢环ii；同时在隧道出口洞门的土体上混凝土浇筑预埋第二钢环i，在第二钢环i背离土体的一侧焊接第二钢管，在第二钢管内圈焊接第二钢环ii；

s3、预先在管片i的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型橡胶垫，将多块管片i在盾构机内预先拼装成一个完整的第一环管i，每两个相邻管片i采用多个高强螺栓i进行连接；

s4、盾构机在始发过程中，盾构机向前掘进，同时将通过管片i拼装好的第一环管i脱出盾尾，然后通过第一钢环iii将管片i外圈的弧形钢板和第一钢环ii焊接；

s5、通过注浆孔i和注浆孔ii进行注浆，注浆前利用电钻的钻头通过注浆孔i将管片i外圈的弧形钢板打通，然后通过注浆机的注浆管的连接头连接在注浆孔i和注浆孔ii内进行注浆，使第一环管i外圈和第一钢环i、第一钢管、第一钢环ii、第一钢环iii形成的空间内注满混凝土浆，以达到进口洞门密封的目的；

s6、盾构机继续推进，推进过程中，预先在管片ii的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型密封垫，同时在盾构机内通过管片ii拼装多个环管ii，相邻的两个管片ii通过多个高强螺栓i进行连接，将拼装好的环管ii和相邻的第一环管i之间通过多个高强螺栓ii连接，然后将每两个相邻的环管ii之间通过多个高强螺栓ii进行连接，将注浆机注浆管上的连接头连接在管片ii上的注浆孔iii内对环管ii外圈和土体形成的空间进行注浆；

s7、盾构机继续推进，在盾构机脱出隧道出口前，预先在管片i的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型橡胶垫，在盾构机内将多个管片i拼装成第二环管i，每两个相邻管片i通过多个高强螺栓i进行连接，将拼装好的第二环管i和相邻的环管ii之间通过多个高强螺栓ii进行连接，将注浆机注浆管上的连接头连接在管片i上的注浆孔i进行注浆，直至第二环管i从盾构机的盾尾脱出，然后快速对隧道出口的洞门进行密封；

s8、出口的洞门进行密封完成后，通过第二钢环ii上的注浆孔iv进行补充注浆，直至混凝土浆充满第二环管i外圈和第二钢环i、第二钢管、第二钢环ii、第二钢环iii形成的空间

优选地，对s7步骤中出口的洞门进行密封的方法为通过第二钢环iii将第二环管i外圈的弧形钢板和第二钢环ii焊接。

与现有技术相比，本发明提供的一种隧道洞门密封安全结构及施工方法，其有益效果是：

1、本发明通过通过在第一环管i和第一钢环i、第一钢管、第一钢环ii、第一钢环iii形成的空间内注满混凝土浆来完成进口洞门的密封，通过在第二环管i外圈和第二钢环i、第二钢管、第二钢环ii、第二钢环iii之间形成的空间内注满混凝土浆来完成出口洞门的密封，并在第一环管i和第二环管i之间连接多个环管ii来形成一个完整的隧道，不仅保证的进出口洞门的密封，同时保证整个隧道的密封性好，防止了涌水涌砂事故等不安全事故的发生。

2、本发明通过在相邻的管片i、相邻的管片ii、第一环管i和环管ii、相邻的环管ii、环管ii和第二环管i之间设置密封结构，从而防止从管片或者环管连接的缝隙处进水，进一步加强了隧道洞门的密封。

3、本发明结构简单，施工方便，值得推广。

附图说明

图1是本发明隧道进口洞门密封安全结构示意图；

图2是本发明隧道整体施工的结构示意图；

图3是本发明管片i的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种隧道洞门密封安全结构及施工方法，下面结合附图1到附图3，对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，一种隧道洞门密封安全结构，包括通过混凝土预埋在隧道口土体1上的钢环i3，钢环i3背离土体1的一侧固定有钢管4，钢管4内圈固定钢环ii5，钢环ii5设置在背离钢环i3的一端，钢环ii5上设有用于注浆的连接结构，钢环ii5内圈设置有环管i8，环管i8和钢环ii5之间通过钢环iii6焊接固定，所述环管i8、钢管4、钢环ii5、钢环iii6均和钢环i3同轴，通过连接结构连接注浆机的连接头来给环管i8、钢管4、钢环ii5、钢环iii6、钢环i3和盾构机2的盾尾之间形成的空间进行注浆，从而达到进口洞门的密封；

环管i8包括多块依次拼接成圆形的管片i7，且每两个相邻的管片i7之间均设置有密封结构；

如图3所示，管片i7包括弧形的管片主体74，所述管片主体74的拼接面均开设有用于放置密封结构的沟槽，所述管片主体74的弧面上开设有注浆孔i71，所述管片主体74内预埋有钢筋网片73，所述管片主体74外圈设置有弧形钢板72，所述弧形钢板72和钢筋网片73通过预埋连接件固定连接，弧形钢板72和钢环iii6固定。

实施例2

在实施例1的基础上，为了使多个管片i7拼装成一个完整的环管i8，每两个相邻的管片i7之间通过多个高强螺栓连接。

实施例3

在实施例1的基础上，为了防止管片i7之间的缝隙漏水，密封结构包括沟槽内设置的三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶的复合型弹性密封垫。

实施例4

在实施例1的基础上，连接结构包括用于连接注浆机的注浆管的连接头，连接头可拆卸式连接在钢环ii5上的注浆孔ii。

如图2所示，一种隧道洞门密封安全结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、预制多个管片i7，利用气体保护焊将弧形钢板72的内弧面和锚固件一端焊接，锚固件的另一端和钢筋网片73焊接组成骨架，将支护模板内壁清理干净，在混凝土浇筑台上拼装并固定支护模板，将骨架放置在支护模板内，然后固定骨架位置，浇水湿润支护模板后浇筑混凝土，浇筑混凝土过程中，边浇筑边振捣，振捣混凝土时注意勿碰动钢筋网片73及弧形钢板72，标准养护1-2周，拆除支护模板，即得到管片i7的结构；

s2、待盾构机始发之前，按照设计坐标和高程，预先在隧道进口洞门的土体1上通过混凝土浇筑预埋第一钢环i13，在第一钢环i13背离土体1的一侧焊接第一钢管14，然后在第一钢管14内圈焊接第一钢环ii15；同时在隧道出口洞门的土体1上混凝土浇筑预埋第二钢环i23，在第二钢环i23背离土体1的一侧焊接第二钢管24，在第二钢管24内圈焊接第二钢环ii25；

s3、预先在管片i7的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型橡胶垫，将多块管片i7在盾构机内预先拼装成一个完整的第一环管i17，每两个相邻管片i7采用多个高强螺栓i进行连接；

s4、盾构机2在始发过程中，盾构机向前掘进，同时将通过管片i7拼装好的第一环管i17脱出盾尾，然后通过第一钢环iii16将管片i7外圈的弧形钢板72和第一钢环ii15焊接；

s5、通过注浆孔i71和注浆孔ii进行注浆，注浆前利用电钻的钻头通过注浆孔i71将管片i7外圈的弧形钢板73打通，然后通过注浆机的注浆管的连接头连接在注浆孔i71和注浆孔ii内进行注浆，使第一环管i17外圈和第一钢环i13、第一钢管14、第一钢环ii15、第一钢环iii16形成的空间内注满混凝土浆9，以达到进口洞门密封的目的；

s6、盾构机2继续推进，推进过程中，预先在管片ii的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型密封垫，同时在盾构机2内通过管片ii拼装多个环管ii10，相邻的两个管片ii通过多个高强螺栓i进行连接，将拼装好的环管ii10和相邻的第一环管i17之间通过多个高强螺栓ii连接，然后将每两个相邻的环管ii10之间通过多个高强螺栓ii进行连接，将注浆机注浆管上的连接头连接在管片ii上的注浆孔iii内对环管ii10外圈和土体形成的空间进行注浆；

s7、盾构机2继续推进，在盾构机2脱出隧道出口前，预先在管片i7的沟槽内放置三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶组成的复合型橡胶垫，在盾构机2内将多个管片i7拼装成第二环管i27，每两个相邻管片i7通过多个高强螺栓i进行连接，将拼装好的第二环管i27和相邻的环管ii10之间通过多个高强螺栓ii进行连接，将注浆机注浆管上的连接头连接在管片i7上的注浆孔i71进行注浆，直至第二环管i27从盾构机2的盾尾脱出，然后快速对隧道出口的洞门进行密封；

s8、出口的洞门进行密封完成后，通过第二钢环ii25上的注浆孔iv进行补充注浆，直至混凝土浆9充满第二环管i27外圈和第二钢环i23、第二钢管24、第二钢环ii25、第二钢环iii26形成的空间。

进一步地，s7步骤中的出口洞门密封的方法为通过第二钢环iii26将第二环管i27外圈的弧形钢板73和第二钢环ii25焊接。

综上所述，本发明提供一种隧道洞门密封安全结构及施工方法，通过在第一环管i和第一钢环i、第一钢管、第一钢环ii、第一钢环iii形成的空间内注满混凝土浆来完成进口洞门的密封，通过在第二环管i外圈和第二钢环i、第二钢管、第二钢环ii、第二钢环iii之间形成的空间内注满混凝土浆来完成出口洞门的密封，并在第一环管i和第二环管i之间连接多个环管ii来形成一个完整的隧道，不仅保证的进出口洞门的密封，同时保证整个隧道的密封性好，防止了涌水涌砂事故等不安全事故的发生；过在相邻的管片i、相邻的管片ii、第一环管i和环管ii、相邻的环管ii、环管ii和第二环管i之间设置密封结构，从而防止从管片或者环管连接的缝隙处进水，进一步加强了隧道洞门的密封，结构简单，施工方便，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。