深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置及其密封方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，具体来说涉及一种深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置及其密封方法。

背景技术：

在上海、天津、宁波等软土地区采用盾构法施工地铁区间隧道和取排水隧道，已经积累了丰富的实践经验和理论经验，然而盾构进洞施工过程中的风险仍是隧道施工中需要重点解决的主要难题之一，主要表现在：土体坍塌、造成环形间隙(盾壳与洞圈或管片与洞圈)流水和流砂土、盾构机磕头、管片碎裂及拼缝张开等，将直接导致土体沉降，影响周边环境，甚至发生管线断裂和地面坍塌等重大事故。现有技术主要采用工作井外侧处的土体加固措施和环形间隙密封处理来减少盾构进洞施工的风险。但由于各工程地质条件、盾构直径、隧道埋深以及相关的施工加固质量有所差异，因此盾构进洞施工仍然存在很大的施工安全隐患。一般而言，盾构进洞技术的主要缺点有：(1)盾构进洞施工风险点多，风险大，且出现险情很难控制；(2)容易引起漏泥漏浆现象，从而导致结构安全问题或造成地层沉降过大；(3)外部需要较大区域的地层加固，以及局部降水，且加固和降水效果很难保证；(4)盾构进洞需进行大量前期的准备工作，如凿除等。

在盾构通过洞口及整个隧道施工过程中，洞圈与盾构、洞圈与隧道结构之间总有一个圆环间隙存在，若不作密封处理，洞圈外土体及水就会从此间隙中流入工作井内，使洞圈处土体流失，引起地层沉降变形、破坏环境，影响极大，因此洞圈间隙的密封技术也是盾构进洞施工中的一项重要技术。

由于工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构始发时及施工期间土体从该间隙中流失，常规密封装置做法主要考虑在洞圈周围安装帘布橡胶板、环板、单向铰链板等组成的密封装置，为保证铰链板与管片的搭接角度，可考虑在管片背面增加预埋钢板，以增强盾构始发及接收施工时圈处的止水效果。

已有实用新型专利《一种充气式隧道盾构密封高压橡胶气囊》(申请号：201620409847.x)公开了一种充气式隧道盾构密封高压橡胶气囊，虽然对洞圈密封进行了一些改进，但该装置仅布置一只气囊，当气囊充气不及时或充气不足时，洞圈与盾构间以及洞圈与管片之间的缝隙填充均得不到保证影响盾构进洞安全。

目前现有技术而言，出洞时间隙密封采用的单向铰链板加“袜套”技术较为理想，该技术是利用“袜套”的箍紧及单向铰链板的保护，阻止洞外土体向井内流失，但对土压平衡盾构，还是很难建立切口平衡压力，并且需在施工中保证“袜套”不向井内翻出。此外，盾构进洞时，由于洞口土体的流向与密封“袜套”同向，土体在侧向压力作用下较易向井内流失，所以当洞口处于土体性能流动性大、自立能力差和地下水位高的砂性土层中是较难保证密封的。

目前，各工程上采用可径向调节的“眉毛”板，用电焊固定在洞口环板与衬砌洞口环外弧面的预埋钢板间。当洞口在渗漏条件下较难封住时，只能采用埋管引流封堵，最后由引流管压入浆液完成洞口间隙的密封，但易产生地面变形的不良后果。

综上所述，现有盾构法隧道施工中盾构进洞技术难度高，加固费用高，不易密封、施工安全隐患多，容易出现坍塌、漏水等特点，同类盾构机进洞密封装置均存在诸多技术上或者操作上的不足之处。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本发明提供一种深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置及其密封方法，解决现有的盾构进洞密封装置存在诸多技术上或操作上不足的缺陷。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置，包括：

洞圈，固定在盾构进洞洞口的外侧；

膨胀后填充所述洞圈与盾构之间、洞圈与管片之间的间隙的至少两道高压橡胶气囊，至少两道所述高压橡胶气囊沿盾构推进方向并列设置于所述洞圈内，每一所述高压橡胶气囊上连接有介质充入管道，所述洞圈设有供所述介质充入管道穿出的充注通道；

随所述高压橡胶气囊的膨胀而膨胀的橡胶板，所述橡胶板罩设于所述高压橡胶气囊的外部且两侧与所述洞圈固定。

本发明实施例中，还包括分别设于所述橡胶板的相对两侧并与所述洞圈固定的两个侧挡板及可拆卸固定于两个所述侧挡板之间的外挡板，所述外挡板、两个所述侧挡板及所述洞圈围设形成封装所述高压橡胶气囊及所述橡胶板的空间，各所述侧挡板的高度小于所述间隙的宽度。

本发明实施例中，膨胀后的两个高压橡胶气囊之间紧密接触。

本发明实施例中，还包括固定于所述洞圈上的内挡板，两个所述侧挡板通过所述内挡板与所述洞圈固定。

本发明实施例中，还包括连接于各所述侧挡板的外侧与所述洞圈之间的加劲板。

本发明实施例中，还包括充泥管，所述充泥管的端部插入所述橡胶板的内侧。

本发明实施例中，还包括设于所述侧挡板外侧的一圈海绵。

本发明另提供一种深埋土压平衡盾构进洞密封方法，包括以下步骤：

在盾构进洞之前，将所述的深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置通过所述洞圈安装于洞口内；

在所述盾构进入所述洞圈之前，对所述高压橡胶气囊进行第一次填充膨胀，在所述盾构进入所述洞圈时，利用所述高压橡胶气囊对所述盾构与所述洞圈之间的间隙进行填充；

在所述盾构继续向前推进并离开所述洞圈后，对所述高压橡胶气囊进行第二次填充膨胀，对隧道管片及所述洞圈之间的间隙进行填充。

本发明实施例中，所述第一次填充膨胀和所述第二次填充膨胀的所述高压橡胶气囊为不同的所述高压橡胶气囊，且第一次填充膨胀的所述高压橡胶气囊较第二次填充膨胀的所述高压橡胶气囊位于所述盾构推进的前方。

本发明实施例中，每道所述高压橡胶气囊包括呈环形布置的两个弧形气囊及与两个所述弧形气囊对应的两个备用气囊，环形布置的两个弧形气囊的其中一个无法使用时，启用对应的所述备用气囊。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

(1)本发明深埋土压平衡双气囊密封装置主要针对普通盾构进洞施工时，盾构进洞技术难度高，加固费用高，不易密封、施工安全隐患多，容易出现坍塌、漏水等特点，对密封气囊的结构形式，安装固定方式等方面进行改进，研制充气速度快、外形小巧，操作方便，长期保压的密封装置，从而使得进洞对周围环境扰动的风险大大减少，可实现盾构在超深覆土甚至高承压水条件下安全进洞，对于保证深埋盾构进洞施工安全有着重要的意义。

(2)本发明高压橡胶气囊分为两次膨胀，第一次膨胀对洞圈与盾构间的间隙填充，第二次膨胀对洞圈与管片间的间隙填充，确保洞圈附近间隙填充完全。

(3)本发明在高压橡胶气囊充气不及时或充气不足时，向橡胶板内侧注充膨润土浆液，使得橡胶板隆起与盾构紧密接触，起到阻止泥砂泄漏的作用，确保盾构进洞安全。

(4)本发明采用备用气囊，在其中一块弧形气囊无法使用时，启用对应的备用气囊，提高密封成功率。

附图说明

图1是本发明深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置固定于洞圈上的剖面示意图。

图2是本发明图1中s处高压橡胶气囊膨胀前的放大示意图。

图3是本发明图1中s处高压橡胶气囊第一次膨胀的放大示意图。

图4是本发明图1中s处高压橡胶气囊第二次膨胀的放大示意图。

附图标记与部件的对应关系如下：

高压橡胶气囊1；侧挡板2；外挡板3；洞圈4；橡胶板5；加劲板6；内挡板7。

具体实施方式

现有盾构法隧道施工中盾构进洞技术难度高，加固费用高，不易密封、施工安全隐患多，容易出现坍塌、漏水等特点，本发明对密封气囊的结构形式，安装固定方式等方面进行改进，研制充气速度快、外形小巧，操作方便，长期保压的密封装置，从而使得进洞对周围环境扰动的风险大大减少，可实现盾构在超深覆土甚至高承压水条件下安全进洞，对于保证深埋盾构进洞施工安全有着重要的意义。

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1、图2所示，本发明提供一种深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置，包括：洞圈4、至少两道高压橡胶气囊1及橡胶板5，洞圈4固定在盾构进洞洞口的外侧；至少两道高压橡胶气囊1膨胀后填充洞圈4与盾构之间、洞圈4与管片之间的间隙，至少两道高压橡胶气囊1沿盾构推进方向并列设置于洞圈4内，每一高压橡胶气囊1上连接有介质充入管道(图未示)，洞圈4设有供介质充入管道穿出的充注通道；橡胶板5随高压橡胶气囊1的膨胀而膨胀，橡胶板5罩设于高压橡胶气囊1的外部且两侧与洞圈4固定。

密封装置还包括分别设于橡胶板5的相对两侧并与洞圈4固定的两个侧挡板2及可拆卸固定于两个侧挡板2之间的外挡板3，外挡板3、两个侧挡板2及洞圈4围设形成封装高压橡胶气囊1及橡胶板5的空间，各侧挡板2的高度小于间隙的宽度。两个侧挡板2的设置，除了能够对高压橡胶气囊1起到保护作用，还能够起到挡泥的作用。本发明实施例中，侧挡板2与洞圈4固定的一侧呈环形；侧挡板2采用δ10钢板制作，两个侧挡板2之间的距离为40cm-50cm；两个侧挡板2的高度均小于洞圈4与盾构机之间的间隙、小于洞圈4与管片之间的间隙。外挡板3采用δ3钢板制作。本发明通过外挡板3将高压橡胶气囊1封装，有利于对高压橡胶气囊1形成保护；外挡板3在拆除时为一次性整体拆除。

优选地，高压橡胶气囊1的制作材料应具有一定的抗磨能力且能够与盾构机、管片表面长期密贴；高压橡胶气囊1的充气装置应选型合理，充气速度快，外型小巧、操作方便，使得高压橡胶气囊1能够长期保压，稳定地对盾构机与洞圈4之间、管片与洞圈4之间的间隙进行密封填充。本发明实施例中，每道高压橡胶气囊1包括包括呈环形布置的两个弧形气囊及与两个所述弧形气囊对应的两个备用气囊，即四块气囊，环形布置的两个弧形气囊的其中一个无法使用时，启用对应的所述备用气囊，该备用气囊与弧形气囊围设呈环形。优选地，两道高压橡胶气囊1膨胀之后紧密接触，以保证密封效果良好。

本发明实施例中，如图3、图4所示，高压橡胶气囊1的膨胀分为两次，第一次膨胀用于密封填充洞圈4与盾构之间的间隙，膨胀高度为25cm以上，第二次膨胀用于填充洞圈4与管片之间的间隙，膨胀高度为35mm以上；高压橡胶气囊1的膨胀高度根据具体施工情况进行调整，第一次膨胀与第二次膨胀的高度可以相同，也可以不同。

本发明介质充入管道为充气管，具体地，高压橡胶气囊1的膨胀可以通过采用充气装置配合充气管向高压橡胶气囊1内充入空气膨胀，优选地，密封装置还包括通过向橡胶板5内注入膨润土浆液以令橡胶板5膨胀的充泥管(图未示)及注浆机构，充泥管的端部插入橡胶板5的内侧，具体地，充泥管从图2中的左侧侧挡板2进入到橡胶板5内侧；具体地，当高压橡胶气囊1充气出现故障时，通过立即充填膨润土浆液使橡胶板5膨胀与盾构机紧密接触，起到阻止盾构内泥沙泄露的作用。本发明的较佳实施例中，橡胶板5的设置能够对高压橡胶气囊1的外部形成一层保护层，起到保护高压橡胶气囊1的作用且能够对高压橡胶气囊1起到支撑作用，且能够避免高压橡胶气囊1受到扰动位置改变影响密封效果；本发明实施例中，橡胶板5的宽度为1000mm，厚度为5mm，橡胶板5采用螺钉51与洞圈4固定。

优选地，为了增强侧挡板2与洞圈4之间的连接强度，还包括连接侧挡板2的外侧与洞圈4之间的加劲板6；本发明实施例中，所述加劲板6为直角三角形板。

本发明实施例中，密封装置还包括固定于洞圈4上的内挡板7，两个侧挡板2通过内挡板7与洞圈4固定，具体的，内挡板7呈拱形与洞圈4贴合固定；内挡板7的设置能够避免侧挡板2、橡胶板5、加劲板6在固定时需要在洞圈4上开设较多的孔洞，破坏洞圈结构。本发明加劲板6、内挡板7均采用钢板制作，强度高、稳定性好。

本发明实施例中，还包括设于侧挡板2外侧以供吸收隧道内油脂的一圈海绵8；具体地，海绵8设于背离盾构推进方向a的侧挡板2的一侧。

本发明深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置凸出设置在洞圈4表面，避免了在洞圈4上开洞，施工简单，有利于保证洞圈结构完好。

以上具体说明了本发明深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置的结构，以下说明其密封方法。

在盾构进洞之前，将上述的深埋土压平衡盾构进洞双气囊密封装置通过洞圈4安装于洞口内；

在盾构进入洞圈4之前，对高压橡胶气囊1进行第一次填充膨胀，在盾构进入洞圈4时，利用高压橡胶气囊1对盾构与洞圈4之间的间隙进行填充；

在盾构继续向前推进并离开洞圈4后，对高压橡胶气囊1进行第二次填充膨胀，对隧道管片及洞圈4之间的间隙进行填充。

进一步地，第一次填充膨胀和第二次填充膨胀的高压橡胶气囊1为不同的高压橡胶气囊，且第一次填充膨胀的高压橡胶气囊1较第二次填充膨胀的高压橡胶气囊1位于盾构推进的前方。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。