一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法及其装置与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说，它涉及一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法及其装置。

背景技术：

富水含砂地质条件下盾构始发漏水、涌砂风险较大，盾构始发事故频发，风险系数值相对较高。盾构始发时由于洞门无法封闭极易出现漏水、涌砂等事故。因此，采用合理的洞门始发装置是保障盾构始发顺利完成的关键一环。目前盾构始发方法主要有：洞门钢环+一道橡胶帘布及折页压板形式、洞门延长环+两道橡胶帘布及折页压板形式、钢套筒等。

钢套筒始发施工难度较大，成本较高。洞门钢环+一道橡胶帘布及折页压板形式以及洞门延长环+两道橡胶帘布及折页压板形式主要是降低盾构始发过程中洞门前方的流水、涌砂的风险，但当盾构机进入洞门后，若洞门密封装置效果不好，洞门圈外的水、砂很可能从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失，降低洞门密封承压能力，导致洞门前方涌水涌砂，迫切需要有能阻止洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失的技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法，达到减少洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法，包括以下步骤：

第1步、盾构端头冻结加固施工：在待加固区洞门处布置冻结管，并在冻结区范围内布设四个测温孔，测温孔深度同冻结深度一致，冻结设计天数35天，冻结壁平均温度需达到-10℃以下，测温孔温度在-5℃以下；

第2步、洞门延长环施工：在始发洞门外侧增加一环形洞门延长环，满焊焊接于洞门钢环之上，洞门延长环内安装外层橡胶帘幕、折页压板以及一端铰接在折页压板上的翻板，橡胶帘幕和折页压板通过洞门延长环上的螺栓与洞门延长环连接；

第3步、钢丝刷施工：在洞门钢环内，焊接一圈40cm长第一钢丝刷，距洞门钢环外边缘12cm；在洞门延长环内，焊接一圈35cm长第二钢丝刷，距离洞门延长环外边缘2cm，第一钢丝刷和第二钢丝刷尾刷距离40cm，洞门延长环上设置注脂孔兼注浆孔；

洞门延长环提供了第二钢丝刷的安装空间，第一钢丝刷和第二钢丝刷包裹盾体及管片，在第一钢丝刷和第二钢丝刷之间填充盾尾油脂，形成油脂密封腔，在盾体及管片外壁形成带状密封圈，盾构机始发前，人工在整圈第一钢丝刷和第二钢丝刷内及下半环第一钢丝刷和第二钢丝刷间空腔内填充盾尾密封油脂，空腔内填充19cm厚油脂，盾构机进入洞门钢环后，根据密封情况通过洞门延长环预留注脂管兼注浆管机械注入油脂，盾尾脱出两道钢丝刷后，第一钢丝刷和第二钢丝刷与管片间缝隙较大，通过洞门延长环预留管注脂管兼注浆管机械注入油脂，持续填充；外侧的橡胶帘幕及钢性折页压板，通过橡胶帘幕的收口及折页压板的翻折固定；

第4步、引轨施工：在洞门钢环底部，对应始发架轨道延伸位置设置两根下部长310cm、上部长5cm引轨，引轨高12cm，用钢轨加工制作，贴洞门钢环内边缘焊接布置；

第5步、洞门凿除及盾构机始发：洞门围护结构采用人工凿除，凿除完成后，盾构机向前顶推，刀盘离掌子面10cm时，停机拔冻结管，冻结管拔除完成后，进行盾构始发试掘进；洞门延长环上12个注脂孔注入盾尾油脂，停机过程中，保证盾构机刀盘0.3rpm低速转动。

通过采用上述技术方案，盾构端头冻结加固施工使得洞门圈外的水、砂凝固，减少从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失，提高洞门密封承压能力，减少洞门前方涌水涌砂，有效阻止洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失的情况发生，通过洞门延长环上注脂孔兼注浆孔注入油脂，持续填充，形成油脂密封腔，作为第一道密封防线，外侧的橡胶帘幕及钢性折页压板，作为第二道密封防线，降低盾构始发过程中洞门前方的流水、涌砂的风险，第5步、洞门凿除及盾构机始发在停机过程中，保证盾构机刀盘0.3rpm低速转动，防止刀盘被冻结。

优选地：第2步中洞门延长环分四块拼装焊接，满焊焊接于洞门钢环之上。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法的延长环装置，包括设置在洞门钢环上的洞门延长环，所述洞门延长环设于冻结区始发洞门外；冻结区内布置冻结管和测温孔，并形成冻结壁；洞门延长环远离洞门钢环的一端设有橡胶帘幕、折页压板、设置在折页压板背离橡胶帘幕一侧的翻板，所述橡胶帘幕、折页压板通过螺栓与洞门延长环连接，所述洞门延长环上设置若干注脂孔兼注浆孔，所述洞门钢环内，焊接一圈40cm长第一钢丝刷，距洞门钢环外边缘12cm；在洞门延长环内，焊接一圈35cm长第二钢丝刷，距离洞门延长环外边缘2cm，第一钢丝刷和第二钢丝刷尾刷距离40cm，所述注脂孔兼注浆孔位于第一钢丝刷和第二钢丝刷之间。

优选地：所述洞门延长环满焊与洞门钢环上，所述洞门钢环上开设有若干第一连接孔，所述洞门延长环上开设有与第一连接孔对应的第二连接孔，所述洞门延长环上设有穿过第二连接孔和第一连接孔与侧墙连接的连接件。

优选地：所述连接件包括螺纹连接在第一连接孔和第二连接孔内的连接柱，所述连接柱中空设置且所述连接柱进入侧墙内的一端设为尖端，所述连接柱内壁滑移连接有移动柱，所述移动柱两端均延伸出连接柱，当移动柱一端移出连接柱进入侧墙内时，所述移动柱位于侧墙内的一端设有限制移动柱移出侧墙的限位件，所述移动柱上的限位件作用时，所述连接柱上设有限制移动柱位置的固定件。

优选地：所述限位件包括开设在移动柱远离侧墙一端的放置槽，所述放置槽的槽口远离侧墙设置且所述放置槽沿移动柱的长度方向分布，当移动柱一端进入侧墙内时，所述移动柱外壁周向开设有若干与放置槽内连通的放置孔，各个所述放置孔内穿设有铁丝，所述铁丝远离放置孔的一端延伸出放置槽的槽口，此时铁丝呈l形，所述铁丝外套设有无纺布套，所述铁丝位于放置孔内的一端与无纺布套的内底部连接，在铁丝进入放置孔之前，所述放置孔对应的侧墙内通过钻杆钻设有供铁丝一端进入的钻孔，所述铁丝一端放入钻孔内后，无纺布套内灌设有第一混凝土层。

优选地：所述固定件包括开设在移动柱远离限位件一端的且与放置槽连通的若干加强孔，所述连接柱内壁上开设有环形的且与各个加强孔连通的流通孔，所述放置槽与加强孔以及流通孔内填充有第二混凝土层。

优选地：所述钻杆包括沿放置槽长度方向分布的分布杆，所述分布杆进入放置槽的一端转动连接有钻头，所述钻头的长度方向与分布杆长度方向垂直，所述分布杆上设有驱动钻头转动的驱动件。

优选地：所述驱动件包括开设在分布杆上的中空腔，所述钻头的一端转动连接进入中空腔内，且在进入的一端同轴固定连接有第一齿轮，所述分布杆位于放置槽槽口外的一端中空腔内转动连接有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮通过皮带连接，所述分布杆外设有驱动第二齿轮转动的电机。

优选地：所述放置槽槽口可拆卸安装有导向板，所述导向板上开设有供分布杆穿出的穿出孔，所述导向板上对应放置孔的位置开设有进入孔，所述分布杆上设有与钻头平行且位于同一平面上的导向块，当操作者移动分布杆上的钻头进入放置孔时，所述导向块逐渐移入进入孔。

综上所述，本发明具有以下有益效果：盾构端头冻结加固施工使得洞门圈外的水、砂凝固，减少从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失，提高洞门密封承压能力，减少洞门前方涌水涌砂，有效阻止洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失的情况发生，通过洞门延长环上注脂孔兼注浆孔注入油脂，持续填充，形成油脂密封腔，作为第一道密封防线，外侧的橡胶帘幕及钢性折页压板，作为第二道密封防线，降低盾构始发过程中洞门前方的流水、涌砂的风险，第5步、洞门凿除及盾构机始发在停机过程中，保证盾构机刀盘0.3rpm低速转动，防止刀盘被冻结。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例2的结构示意图；

图3是实施例2的用于体现第一钢丝刷和第二钢丝刷的结构示意图；

图4是实施例2的用于体现注脂孔的结构示意图；

图5是实施例2的用于体现第一连接孔和第二连接孔的结构示意图；

图6是实施例2的用于体现分布杆的结构示意图；

图7是图6中a部的结构放大示意图；

图8是图6中b部的结构放大示意图；

图9是实施例2的用于体现导向板的结构示意图。

图中：1、冻结管；3、洞门钢环；4、洞门延长环；5、第一钢丝刷；6、第二钢丝刷；7、注脂孔；8、引轨；9、冻结壁；11、橡胶帘幕；12、翻板；13、折页压板；14、螺栓；15、黄砂水泥支垫；16、侧墙；17、地连墙；18、第一连接孔；19、第二连接孔；191、连接柱；192、移动柱；193、放置槽；194、放置孔；195、铁丝；1951、无纺布套；1952、钻孔；1953、第一混凝土层；196、加强孔；1961、流通孔；1962、第二混凝土层；197、分布杆；1971、中空腔；1972、第一齿轮；1973、第二齿轮；1974、皮带；1975、电机；198、钻头；199、导向板；1991、进入孔；1992、导向块；1993、穿出孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种基于洞门延长环装置富水砂层盾构始发方法，如图1，包括以下步骤：

第1步、盾构端头冻结加固施工：在待加固区洞门处布置冻结管，并在冻结区范围内布设四个测温孔，测温孔深度同冻结深度一致，冻结设计天数35天，冻结壁平均温度需达到-10℃以下，测温孔温度在-5℃以下达到盾构始发要求；

第1步在盾构始发端头，采用850@600三轴搅拌桩和800@450三重管高压旋喷桩加固，并采用垂直冻结补强加固。加固宽度为隧道轮廓外侧各3m，沿隧道方向加固长度为12m，竖向加固深度20.665m，其中加固区加固深度为隧道轮廓上下侧各3m。盾构端头冻结加固采用盐水垂直冻结法，每个洞门设置2排冷冻管，孔间距800mm，排间距850mm，梅花分布，冻结壁厚度为1.8m，冻结范围为洞门周围3m。每个洞门布置29个冻结孔，4个测温孔。

第2步、洞门延长环施工：在始发洞门外侧增加一环形洞门延长环，满焊焊接于洞门钢环之上，洞门延长环内安装外层橡胶帘幕、折页压板以及一端铰接在折页压板上的翻板，橡胶帘幕和折页压板通过洞门延长环上的螺栓与洞门延长环连接；橡胶帘幕和折页压板翻板并于盾体、管片紧密贴合。

第3步、钢丝刷施工：在洞门钢环内，焊接一圈40cm长第一钢丝刷，距洞门钢环外边缘12cm；在洞门延长环内，焊接一圈35cm长第二钢丝刷，距离洞门延长环外边缘2cm，第一钢丝刷和第二钢丝刷尾刷距离40cm，洞门延长环上设置注脂孔兼注浆孔；

如图2和图3，洞门延长环提供了第二钢丝刷的安装空间，第一钢丝刷和第二钢丝刷包裹盾体及管片，在第一钢丝刷和第二钢丝刷之间填充盾尾油脂，形成油脂密封腔，在盾体及管片外壁形成带状密封圈，盾构机始发前，人工在整圈第一钢丝刷和第二钢丝刷内及下半环第一钢丝刷和第二钢丝刷间空腔内填充盾尾密封油脂，空腔内填充19cm厚油脂，盾构机进入洞门钢环后，根据密封情况通过洞门延长环预留注脂管兼注浆管机械注入油脂，盾尾脱出两道钢丝刷后，第一钢丝刷和第二钢丝刷与管片间缝隙较大，通过洞门延长环预留管注脂管兼注浆管机械注入油脂，持续填充；外侧的橡胶帘幕及钢性折页压板，通过橡胶帘幕的收口及折页压板的翻折固定；

第4步、引轨施工：在洞门钢环底部，对应始发架轨道延伸位置设置两根下部长310cm、上部长5cm引轨，引轨高12cm，用钢轨加工制作，贴洞门钢环内边缘焊接布置；在洞门钢环底铺的黄砂水泥支垫15，黄砂水泥支垫15是为了调整盾构机的高程，使盾构机在洞门钢环中心，利于竖向位置正确，因为洞门钢环直径大于盾构机盾体及刀盘直径。

第5步、洞门凿除及盾构机始发：洞门围护结构采用人工凿除，凿除完成后，盾构机向前顶推，刀盘离掌子面10cm时，停机拔冻结管，冻结管拔除完成后，进行盾构始发试掘进；洞门延长环上12个注脂孔注入盾尾油脂，停机过程中，保证盾构机刀盘0.3rpm低速转动。

盾构端头冻结加固施工使得洞门圈外的水、砂凝固，减少从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失，提高洞门密封承压能力，减少洞门前方涌水涌砂，有效阻止洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的空隙间流失的情况发生，通过洞门延长环上注脂孔兼注浆孔注入油脂，持续填充，形成油脂密封腔，作为第一道密封防线，外侧的橡胶帘幕及钢性折页压板，作为第二道密封防线，降低盾构始发过程中洞门前方的流水、涌砂的风险，第5步、洞门凿除及盾构机始发在停机过程中，保证盾构机刀盘0.3rpm低速转动，防止刀盘被冻结。

在洞门凿除完成后，盾构机向前顶推，刀盘离掌子面10cm时，停机拔除冻结管，冻结管拔除完成后，盾构始发试掘进，刀盘开始磨冻结壁，盾构机推力控制在500t以内，扭矩控制在2000kn·m以内，推进速度控制在2～5mm/min，以磨为主，拼装管片时继续保持刀盘转动(0.2～0.3rpm)，防止刀盘被冻。在刀盘进入洞门延长环时，通过洞门延长环预留注脂孔对洞门延长环一圈进行注入盾尾油脂，在第一钢丝刷和第二钢丝刷之间形成带压力的油脂密封腔。洞门延长环预留注脂孔也可用于紧急注浆，因此也是注浆孔。

第2步中洞门延长环分四块拼装焊接，满焊焊接于洞门钢环之上。

洞门延长环富水砂层盾构始发方法能够有效解决富水砂层条件下施工因洞门始发装置密封效果不好，洞门圈外的水、砂从盾构机壳体与洞门圈的间隙间流失，引起洞门涌水涌砂、地面沉降塌陷等工程事故问题；可以使用在多种盾构始发场地长度的情景下。

实施例2：一种基于上述实施例1的延长环装置，如图2和图3，包括设置在洞门钢环3上的洞门延长环4，洞门延长环4设于冻结区始发洞门外；冻结区内布置冻结管1和测温孔，并形成冻结壁9；洞门延长环4远离洞门钢环3的一端设有橡胶帘幕11、折页压板13、设置在折页压板13背离橡胶帘幕11一侧的翻板12，橡胶帘幕11、折页压板13通过螺栓14与洞门延长环4连接，洞门延长环4上设置若干注脂孔7兼注浆孔(如图4)，洞门钢环3内，焊接一圈40cm长第一钢丝刷5，距洞门钢环3外边缘12cm；在洞门延长环4内，焊接一圈35cm长第二钢丝刷6，距离洞门延长环4外边缘2cm，第一钢丝刷5和第二钢丝刷6尾刷距离40cm，注脂孔7兼注浆孔位于第一钢丝刷5和第二钢丝刷6之间。冻结管1和测温孔便于对冻结区的土层进行冻结，冻结范围为洞门周围3m。

如图5和图6，洞门延长环4满焊与洞门钢环3上，洞门钢环3上开设有若干第一连接孔18，洞门延长环4上开设有与第一连接孔18对应的第二连接孔19，洞门延长环4上设有穿过第二连接孔19和第一连接孔18与侧墙16连接的连接件。连接件的设置使得洞门延长环4稳定的固定在洞门钢环3上，增加整体装置的稳定性。侧墙16是车站的结构墙，车站基坑挖到底后，先浇筑底板，再浇筑侧墙16(内衬于地连墙内)，本次盾构始发端的侧墙16，在侧墙16内预埋有洞门钢环3，所以洞门钢环3内是没有墙体的，只能看到地连墙17，地连墙17(地下连续墙)是车站的围护结构，属基坑支护工程，施工完毕后才能开挖基坑。

如图5和图6，连接件包括螺纹连接在第一连接孔18和第二连接孔19内的连接柱191，连接柱191中空设置且连接柱191进入侧墙16内的一端设为尖端，连接柱191内壁滑移连接有移动柱192，移动柱192两端均延伸出连接柱191，当移动柱192一端移出连接柱191进入侧墙16内时，移动柱192位于侧墙16内的一端设有限制移动柱192移出侧墙16的限位件，移动柱192上的限位件作用时，连接柱191上设有限制移动柱192位置的固定件。当需要进一步固定洞门延长环4与洞门钢环3的连接时，先将连接柱191旋入第一连接孔18和第二连接孔19内，随后将移动柱192插入连接柱191内，此时限位件将移动柱192一端固定在侧墙16内，加强移动柱192与侧墙16的连接，固定件将移动柱192限制在连接柱191上，进而限制连接柱191在第一连接孔18和第二连接孔19上的移动，且加强洞门延长环4、洞门钢环3与侧墙16的连接。

如图5和图6，限位件包括开设在移动柱192远离侧墙16一端的放置槽193，放置槽193的槽口远离侧墙16设置且所述放置槽193沿移动柱192的长度方向分布，当移动柱192一端进入侧墙16内时，移动柱192外壁周向开设有若干与放置槽193内连通的放置孔194，各个放置孔194内穿设有铁丝195，铁丝195远离放置孔194的一端延伸出放置槽193的槽口，此时铁丝195呈l形，铁丝195外套设有无纺布套1951，铁丝195位于放置孔194内的一端与无纺布套1951的内底部连接，在铁丝195进入放置孔194之前，放置孔194对应的侧墙16内通过钻杆钻设有供铁丝195一端进入的钻孔1952，铁丝195一端放入钻孔1952内后，无纺布套1951内灌设有第一混凝土层1953。

如图5和图6，当移动柱192一端进入侧墙16内后，钻杆通过放置孔194钻侧墙16，使得侧墙16上开设有供铁丝195一端进入的钻孔1952，拿出钻杆，随后将铁丝195和无纺布套1951放入相应放置孔194内进而使得铁丝195一端穿出放置孔194进入钻孔1952内，随后使用者往无纺布套1951内灌混凝土，使得铁丝195一端的无纺布套1951内灌满第一混凝土层1953，此时增加了移动柱192与侧墙16的连接，无纺布套1951与放置孔194孔壁、钻孔1952孔壁紧连接，连接强度强。

如图5和图6，固定件包括开设在移动柱192远离限位件一端的且与放置槽193连通的若干加强孔196，连接柱191内壁上开设有环形的且与各个加强孔196连通的流通孔1961，放置槽193与加强孔196以及流通孔1961内填充有第二混凝土层1962。当移动柱192内的无纺布套1951灌浆后，在放置槽193内也灌浆，此时放置槽193上开设有的加强孔196与流通孔1961内也充满混凝土浆液，形成第二混凝土层1962，使得移动柱192与连接柱191连接强度增加。

如图6和图7和图8，钻杆包括沿放置槽193长度方向分布的分布杆197，分布杆197进入放置槽193的一端转动连接有钻头198，钻头198的长度方向与分布杆197长度方向垂直，此时钻头198与分布杆197呈l形，便于分布杆197带动钻头198移动至各个方位的放置孔194，分布杆197上设有驱动钻头198转动的驱动件，此时驱动件驱动钻头198转动，进而带动钻头198钻侧墙16，当钻完一个放置孔194对应的侧墙16部分后，使用者手工转动分布杆197改变钻头198的朝向，继续钻动。

如图6和图7和图8，驱动件包括开设在分布杆197上的中空腔1971，钻头198的一端转动连接进入中空腔1971内，且在进入的一端同轴固定连接有第一齿轮1972，分布杆197位于放置槽193槽口外的一端中空腔1971内转动连接有第二齿轮1973，第一齿轮1972和第二齿轮1973通过皮带1974连接，分布杆197外设有驱动第二齿轮1973转动的电机1975，此时电机1975的作用带动第二齿轮1973转动，使得第二齿轮1973通过皮带1974带动第一齿轮1972转动，此时便于带动钻头198转动，而驱动件安装在分布杆197内，便于节约空间。

如图9，为了便于使用者将钻头198对应各个放置孔194，因此放置槽193槽口可拆卸安装有导向板199，导向板199上开设有供分布杆197穿出的穿出孔1993，导向板199上对应放置孔194的位置开设有进入孔1991，分布杆197上设有与钻头198平行且位于同一平面上的导向块1992，当操作者移动分布杆197上的钻头198进入放置孔194时，导向块1992逐渐移入进入孔1991，当分布杆197带钻头198一端进入放置槽193内后，将导向板199安装在放置槽193的槽口，将导向块1992正对进入孔1991，并将导向块1992移入进入孔1991内，此时钻头198穿过放置孔194进入侧墙16，启动钻头198转动，即可钻孔1952，操作方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。