用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法。


背景技术：

2.在土木工程量领域经常采用盾构机进行隧道掘进，盾构机可以分为手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构，在城市里使用较多的是机械式盾构。机械式盾构又可以分为气压式盾构、泥水平衡盾构、土压平衡盾构、混合型盾构等。泥水平衡盾构是一种通过控制泥水仓压力来平衡掌子面水土压力的盾构机，适用于地下水压大,土体渗透系数大的地质状况，广泛用于过江过海等公路铁路隧道的施工。
3.对于泥水平衡盾构，在始发掘进时，由于要维持泥水仓压力，需要对隧道洞口的密封性单独设计，通常采用1道或2道帘布橡胶板进行止水。但是由于帘布橡胶板为柔性材料，当泥水仓压力较大时，仍会出现洞口渗水、漏浆的现象，渗水、漏浆又会导致泥水压力降低，不利于盾构始发掘进。
4.由于泥水平衡盾构在始发掘进时，洞口密封性难以处理妥当，泥水压力无法达到设计压力，制约了始发掘进效率。另一方面，由于洞口密封性问题，对于富水地层，还需配合长时间的降水，以保证盾构机掘进安全，防止地下水从管片和地层之间涌入始发工作井，导致人员伤亡及财产损失。
5.基于此，亟需提供一种用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法，能够解决泥水平衡盾构始发在隧道洞口的密封性的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种提高密封性的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法。
7.为实现上述目的，本发明所设计的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构，包括初道止水环、二道止水环、尾端止水环及洞门环，所述洞门环固定于工作井内衬的外侧，所述初道止水环、所述二道止水环的上端分别与所述洞门环连接，所述初道止水环位于隧道洞口处，所述二道止水环位于初道止水环外侧，所述尾端止水环位于所述二道止水环外侧且与所述洞门环的尾端连接。
8.在上述技术方案中，所述初道止水环、所述二道止水环的上端与所述洞门环的下端面焊接固定，所述洞门环的外端与所述尾端止水环的上部焊接固定，所述初道止水环、所述二道止水环及所述尾端止水环的下端位于封门衬砌上。
9.在上述技术方案中，所述初道止水环包括初道柔性止水板、初道第一圆环板、初道第二圆环板、初道销轴及初道翻板，所述初道柔性止水板的上部两侧分别被所述初道第一圆环板、所述初道第二圆环板包夹，所述初道第二圆环板的下端通过所述初道销轴转动连接所述初道翻板，所述初道翻板位于所述初道柔性止水板下部的外侧。
10.在上述技术方案中，所述初道止水环还包括初道连接螺栓及初道内侧加劲板，所述初道连接螺栓穿过所述初道第一圆环板、所述初道柔性止水板的上部、所述初道第二圆环板锁紧，所述初道第二圆环板的外侧与所述洞门环的下端之间设有初道内侧加劲板，所述初道内侧加劲板垂直连接所述初道第二圆环板和所述洞门环。
11.在上述技术方案中，所述二道止水环包括二道柔性止水板、二道第一圆环板、二道第二圆环板、二道销轴及二道翻板，所述二道柔性止水板的上部两侧分别被所述二道第一圆环板、所述二道第二圆环板包夹，所述二道第二圆环板的下端通过所述二道销轴转动连接所述二道翻板，所述二道翻板位于所述二道柔性止水板下部的外侧。
12.在上述技术方案中，所述二道止水环还包括二道连接螺栓及二道内侧加劲板，所述二道连接螺栓穿过所述二道第一圆环板、所述二道柔性止水板的上部、所述二道第二圆环板锁紧，所述二道第二圆环板的外侧与所述洞门环的下端之间设有二道内侧加劲板，所述二道内侧加劲板垂直连接所述二道第二圆环板和所述洞门环。
13.在上述技术方案中，所述初道柔性止水板及所述二道柔性止水板采用帘布橡胶板。
14.在上述技术方案中，所述尾端止水环焊接连接在所述洞门环的外端，所述洞门环焊接固定于工作井预埋钢板，所述尾端止水环为采用钢板材料制成的环形结构，所述洞门环为采用钢板材料制成的筒状结构。
15.在上述技术方案中，所述尾端止水环由多块大小的扇形钢板拼装成圆环；所述封门衬砌包括预埋外侧钢板和衬砌，所述预埋外侧钢板为弧形钢板，所述预埋外侧钢板的长度与所述衬砌的长度相等。
16.为实现上述目的，本发明所设计的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构的施工方法，包括以下步骤：
17.步骤a)，隧道洞口进行地基加固，同步拼装盾构机，利用工作井内衬的工作井预埋钢板作为焊接工作面，在工作井预埋钢板的外侧焊接安装洞门环，在所述洞门环的上端面与所述工作井预埋钢板之间焊接连接洞口加劲板；
18.步骤b)，基于所述洞门环，在所述洞门环的下端安装初道止水环、二道止水环；
19.步骤c)，待加固土体达到设计强度、端头降水至洞门以下1m后人工破除围护结构，盾构机调试完毕后拼装负环向前推进，刀盘靠上所述加固土体；
20.步骤d)，通过所述初道止水环、所述二道止水环形成的隔仓，盾构机泥水仓加压建仓，盾构机向前掘进，拼装管片；
21.步骤e)，待封门衬砌脱出盾尾后，在所述洞门环的外侧设置尾端止水环，将所述尾端止水环与所述洞门环及所述封门衬砌的预埋外侧钢板进行焊接，通过邻近所述工作井内衬、所述加固土体的管片二次注浆孔进行二次注浆，封闭所述洞门环后停止降水；
22.步骤f)，盾构机继续循环掘进拼装管片。
23.本发明的有益效果是：本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法，通过初道止水环、二道止水环形成两道柔性密闭仓，一定程度阻止了泥水平衡盾构始发时洞门渗水、漏浆的问题；通过尾端止水环形成第三道刚性密闭仓，形成完整密闭空间，有效解决了洞门渗水、漏浆的问题。由于第三道密闭仓为刚性密闭仓，可承受高水压，可以提早结束降水措施，节约了工程量；同时将泥水压力增加至设计压力时也不会有爆仓风
险，极大提高了始发掘进可靠性与安全性。
附图说明
24.图1为本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构的安装断面结构示意图；
25.图2为采用图1中的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构的施工示意图。
26.图中各部件标号如下：初道止水环1(其中，初道柔性止水板11、初道第一圆环板12、初道第二圆环板13、初道销轴14、初道翻板15、初道连接螺栓16、初道内侧加劲板17)；二道止水环2(其中，二道柔性止水板21、二道第一圆环板22、二道第二圆环板23、二道销轴24、二道翻板25、二道连接螺栓26、二道内侧加劲板27)；尾端止水环3；洞门环4；洞口加劲板5；封门衬砌6(其中，预埋外侧钢板61和衬砌62)；管片7；工作井内衬8(其中，工作井预埋钢板81、内衬衬砌82)；加固土体9。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
28.基于现有技术中泥水平衡盾构始发的隧道洞口密封性不足的问题，本技术提供一种用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法，提高密封性。
29.请结合参阅图1和图2，本发明优选实施例的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构包括初道止水环1、二道止水环2、尾端止水环3及洞门环4，其中，初道止水环1、二道止水环2、尾端止水环3分别与洞门环4焊接。更具体地，初道止水环1、二道止水环2上端与洞门环4焊接固定，尾端止水环3的上部与洞门环4的尾端焊固定。
30.初道止水环1位于隧道洞口处，与内侧的工作井内衬8、上方的洞门环4、下方的封门衬砌6形成第一道密闭仓。二道止水环2位于初道止水环1外侧，与内侧的初道止水环1、上方的洞门环4、下方的封门衬砌6形成第二道密闭仓。尾端止水环3位于隧道洞口密封结构的尾端，与内侧的二道止水环2、上部的洞门环4、下方的封门衬砌6形成第三道密闭仓。
31.具体地，初道止水环1包括初道柔性止水板11、初道第一圆环板12、初道第二圆环板13、初道销轴14、初道翻板15、初道连接螺栓16及初道内侧加劲板17。初道柔性止水板11自上方的洞门环4下端面向下延伸而出，初道柔性止水板11的高度大于洞门环4与封门衬砌6之间的距离。初道柔性止水板11的上部两侧分别被初道第一圆环板12、初道第二圆环板13包夹，并通过初道连接螺栓16将初道第一圆环板12、初道柔性止水板11的上部、初道第二圆环板13固定到一起。初道第二圆环板13的下端通过初道销轴14连接初道翻板15，初道翻板15可相对初道第二圆环板13绕初道销轴14转动，初道翻板15位于初道柔性止水板11下部的外侧且下端置于封门衬砌6的上端面上。为增强与洞门环4之间的连接强度，初道第二圆环板13的外侧与洞门环4的下端之间设有初道内侧加劲板17，初道内侧加劲板17垂直连接初道第二圆环板13和洞门环4。
32.与初道止水环1的结构相同，二道止水环2包括二道柔性止水板21、二道第一圆环板22、二道第二圆环板23、二道销轴24、二道翻板25、二道连接螺栓26及二道内侧加劲板27。二道柔性止水板21自上方的洞门环4下端面向下延伸而出，二道柔性止水板21的高度大于洞门环4与封门衬砌6之间的距离。二道柔性止水板21的上部两侧分别被二道第一圆环板
22、二道第二圆环板23住，并通过二道连接螺栓26将二道第一圆环板22、二道柔性止水板21的上部、二道第二圆环板23固定到一起。二道第二圆环板23的下端通过二道销轴24连接二道翻板25，二道翻板25可相对二道第一圆环板22绕二道销轴24转动，二道翻板25位于二道柔性止水板21下部的外侧且下端置于封门衬砌6的上端面上。为增强与洞门环4之间的连接强度，二道第二圆环板23的外侧与洞门环4的下端之间设有二道内侧加劲板27，二道内侧加劲板27垂直连接二道第二圆环板23和洞门环4。
33.在图示实施例中，初道柔性止水板11及二道柔性止水板21采用帘布橡胶板，帘布橡胶板的内径5650mm、外径6390mm。
34.尾端止水环3与洞门环4通过焊接方式刚性连接，尾端止水环3连接在洞门环4的外端。尾端止水环3的上部与洞门环4的外端与连接，尾端止水环3为环形结构，采用钢板材料制成。洞门环4为筒状结构，采用钢板材料制成。
35.洞门环4固定于工作井内衬8上，更具体地，洞门环4的前端焊接固定在工作井内衬8的工作井预埋钢板81上。洞门环4的上端与工作井预埋钢板81之间设有洞口加劲板5，洞口加劲板5加强洞门环4与工作井预埋钢板81之间的连接强度。
36.在图示实施例中，尾端止水环3可由6块等大小的扇形钢板拼装成圆环。尾端止水环3的内径5800mm、外径6490mm，厚度10～20mm。洞门环4的厚度20mm。
37.封门衬砌6由预埋外侧钢板61和衬砌62组成。预埋外侧钢板61为弧形钢板，厚度为10～20mm，预埋外侧钢板61的长度与衬砌62等长。
38.本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构的施工方法，包括以下步骤：
39.步骤a)，隧道洞口进行地基加固，同步拼装盾构机，利用工作井内衬8的工作井预埋钢板81作为焊接工作面，安装洞门环4和洞口加劲板5；
40.步骤b)，基于洞门环4，安装初道止水环1、二道止水环2；
41.步骤c)，待加固土体9达到设计强度，端头降水至洞门以下1m后人工破除围护结构，盾构机调试完毕后，拼装负环向前推进，刀盘靠上加固土体9；
42.步骤d)，通过初道止水环1、二道止水环2形成的隔仓，盾构泥水仓顺利加压建仓，盾构机向前掘进，拼装管片7；
43.步骤e)，封门衬砌6脱出盾尾后，设置尾端止水环3，将尾端止水环3与洞门环4及预埋外侧钢板61进行焊接，同时通过邻近工作井内衬8的内衬衬砌82、加固土体9的管片二次注浆孔进行二次注浆，封闭洞门环4，随后可停止降水。
44.步骤f)，盾构机继续循环掘进拼装管片7。
45.本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法，通过初道止水环、二道止水环形成两道柔性密闭仓，一定程度阻止了泥水平衡盾构始发时洞门渗水、漏浆的问题；通过尾端止水环形成第三道刚性密闭仓，形成完整密闭空间，有效解决了洞门渗水、漏浆的问题。由于第三道密闭仓为刚性密闭仓，可承受高水压，可以提早结束降水措施，节约了工程量；同时将泥水压力增加至设计压力时也不会有爆仓风险，极大提高了始发掘进可靠性与安全性。
46.综上所述，本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法可以有效克服洞门渗水、漏浆的问题，可以规避地下水涌入始发工作井的风险、节约降水工程
量，可以提高始发可靠性与安全性。此外，本发明的用于泥水平衡盾构的始发隧道洞口密封结构及施工方法操作简单、灵活，使用成本低，实用性强。
47.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。