一种用于防止盾尾涌水涌沙的方法和应急装置与流程

1.本发明涉及盾构技术领域，具体涉及一种用于防止盾尾涌水涌沙的方法和应急装置。


背景技术：

2.在盾构施工中，经常遇到富水砂层，或者下穿江河水域，一方面因为施工振动导致砂层发生液化，盾构周边一定范围内的砂土呈液态状，另一方面地层中本身含水量较大，因此，经常会发生盾尾涌水涌砂甚至击穿盾尾刷等极端情况，这种情况如果不能得到及时有效地封堵，会导致周围水土迅速流失，轻则引起地面塌方，重则管片结构被破坏，泥沙淹没隧道。国内已有多个城市在盾构施工中穿越富水地层时因盾尾渗漏没有及时有效的进行封堵，最后演变成盾构隧道被埋的重大风险事故，造成不可挽回的人身伤亡和经济损失。
3.综上所述，现有技术中存在以下问题：突发情况下造成盾尾涌水涌砂的问题，缺少相关可行的应急封堵装置。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，能够进行可行的应急封堵，克服突发情况下造成盾尾涌水涌砂的问题。
5.为此，一方面，本发明提出一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，包括：
6.盾尾，
7.设置在所述盾尾内部的管片，所述管片与盾尾的内壁存在盾尾间隙，
8.设置在所述盾尾间隙中的气囊，所述气囊为高分子耐磨橡塑材料，
9.和与盾尾的内壁以及管片的一端均连接的圆弧槽钢；
10.圆弧槽钢的外环壁与盾尾的内壁通过第一垫片密封连接，所述圆弧槽钢与所述管片的一端通过第二垫片密封连接，第一垫片和第二垫片均为弹性材质；
11.所述气囊与盾尾的内壁、管片的外壁以及所述第二垫片均接触；
12.所述圆弧槽钢通过所述第一垫片和所述第二垫片对所述盾尾间隙进行封堵。
13.具体的，所述应急装置还包括：设置在所述盾尾内部驱动所述圆弧槽钢轴向移动的伸缩油缸，所述圆弧槽钢设置在所述伸缩油缸和所述管片之间。
14.具体的，所述第一垫片的长度大于所述圆弧槽钢的长度。
15.具体的，所述圆弧槽钢之间通过法兰连接。
16.具体的，所述第一垫片的弧度与所述圆弧槽钢的弧度相同。
17.具体的，所述圆弧槽钢由12片角度为30度的c型钢连接形成的圆环形。
18.具体的，圆弧槽钢的内环壁中部设有提手。
19.具体的，在所述圆弧槽钢与所述管片接触的一端设置有充气孔。
20.具体的，所述第二垫片设有与所述充气孔连通的贯通孔。
21.另一方面，本发明提出一种用于防止盾尾涌水涌沙的方法，采用用于防止盾尾涌
水涌沙的应急装置，所述用于防止盾尾涌水涌沙的方法包括以下步骤：
22.步骤一：在盾构机发生渗漏时，在渗漏点位置缩回对应的伸缩油缸；
23.步骤二：然后将气囊装进盾尾间隙；
24.步骤三：将圆弧槽钢依次放置在漏水点的管片和所述伸缩油缸之间，使所述圆弧槽钢的外边缘抵住盾尾内壁，且第二垫片紧贴管片，使气囊的气孔对准圆弧槽钢的充气孔；
25.步骤四：伸出伸缩油缸并控制伸缩油缸的行程，使所述圆弧槽钢及第二垫片紧压管片且不变形；
26.步骤五：依次安装所述圆弧槽钢，每块所述圆弧槽钢之间用法兰连接，直至整环圆弧槽钢安装完毕，通过圆弧槽钢的充气孔连接充气装置给所述气囊充气。
27.通过本发明可有效避免因盾尾刷失效而造成的安全质量事故，安全事故；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而导致的经济损失；可有效避免因盾尾刷失效发生安全事故造成的人员伤亡；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成社会负面影响；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成工期损失。本发明具有如下有益效果：体积小，易加工，操作简单，提高了盾尾渗漏时的封堵质量。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置的结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置的圆弧槽钢连接安装结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置的圆弧槽钢结构示意图。
31.附图标号说明：
32.1、圆弧槽钢；2、法兰；3、提手；4、管片；5、盾尾；6、气囊；8、伸缩油缸；51、第一垫片；52、盾尾间隙；41、第二垫片。
具体实施方式
33.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
34.如图1所示，本发明提出一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，包括：
35.盾尾5，盾尾为圆筒状，主要用于掩护内部装置以及进行盾体尾部的密封；
36.设置在所述盾尾5内部的管片4，所述管片4为管状，所述管片4与盾尾5的内壁存在盾尾间隙52，
37.设置在所述盾尾间隙52中的气囊6，主要为橡胶气囊，所述气囊6为高分子耐磨橡塑材料，
38.和与盾尾5的内壁以及管片4的一端均连接的圆弧槽钢1；
39.圆弧槽钢1的外环壁与盾尾5的内壁通过第一垫片51密封连接，所述圆弧槽钢1与所述管片4的一端通过第二垫片41密封连接，第一垫片51和第二垫片41均为弹性材质；
40.所述气囊6与盾尾5的内壁、管片4的外壁以及所述第二垫片41均接触；气囊6作为
主要密封部分，例如为圆环形橡胶气囊，气囊的外环半径与盾构机内径相匹配，气囊的内环半径小于盾构机管片的内径，根据需要控制充气压力，拆卸方便。饱满状态下气囊截面直径为4cm，整环的外径与盾尾内径匹配，整环内径与管片外径匹配，气囊6充气膨胀后，可与盾尾间隙紧贴密实，充气后的气囊6与盾尾5的内壁、管片4的外壁以及第二垫片41均贴实，达到较好的密封效果，同时可以缓冲盾尾涌水涌砂时的压力。另外还可以根据地层变化和注浆压力，随意调节气囊的充气压力，即便盾尾间隙发生变化，气囊内部气体也可以自动调节，增加了密封可靠性，气囊为高分子耐磨橡塑材料，弹性好，寿命长，密封效果安全可靠。
41.所述圆弧槽钢1通过所述第一垫片51和所述第二垫片41对所述盾尾间隙52进行封堵。
42.与盾尾5的内壁以及管片4的一端均连接的圆弧槽钢1，所述圆弧槽钢1材质为c型钢，圆弧槽钢1的外环壁与盾尾5的内壁通过第一垫片51密封连接，所述圆弧槽钢1的侧面与所述管片4的一端通过第二垫片41密封连接。圆弧形槽钢(圆弧槽钢)能适应油缸挤压产生的较大轴向力，第一垫片51和第二垫片41作为弹性密封垫片能起到很好的缓冲作用，第一垫片51和第二垫片41采用丁靑软木弹性密封垫。
43.所述应急装置还包括：设置在所述盾尾5内部驱动所述圆弧槽钢1的伸缩油缸8，所述圆弧槽钢1设置在所述伸缩油缸8和所述管片4之间。将圆弧形槽钢(圆弧槽钢1)依次放置在漏水点处的管片和油缸之间，并且使圆弧形槽钢的外边缘抵住盾尾内壁，且缓冲密封层紧贴管片；
44.所述第一垫片51的长度大于所述圆弧槽钢1的长度。两个侧边缘均超出圆弧形槽钢，在圆弧形槽钢拼装时，超出部分可以依次叠加，避免接缝处渗漏，加固密封效果。
45.所述圆弧槽钢1之间通过法兰2连接。每一块之间用法兰连接，提高圆弧形槽钢的整体性，直至整环圆弧形槽钢安装完毕，如图2所示，多块圆弧槽钢1组成一个圆环，每块圆弧槽钢1为弧度为α，α为20
°
至30
°
，例如为20
°
或30
°
，本技术中，可以由12块弧度为30
°
圆弧槽钢1形成一个整体圆环，以实现周向封闭。圆弧形槽钢的尺寸可以依据盾尾内径调整大小，各组成块的圆心角也可根据实际情况划分为30度、20度等不同样式，在确保良好止水效果的同时，轻便，易于安装，该方法结构简单，密封效果好。
46.所述第一垫片51的弧度与所述圆弧槽钢1的弧度相同。可以贴合并且密封效果好。
47.所述第一垫片51超出所述圆弧槽钢1两侧的长度均为50mm。可以使盾尾密封。
48.如图3所示，圆弧槽钢1的内环壁中部设有提手3。为了使圆弧形槽钢拆卸方便，在靠近圆心的一侧设置提手。提手采用4mmhpb300，具有良好的焊接性和机械性。
49.在所述圆弧槽钢1与所述管片4接触的一端设置有充气孔。
50.所述第二垫片41设有与所述充气孔连通的贯通孔。气囊通过圆弧形槽钢的预留的充气孔，连接充气装置充气，控制充气压力；
51.所述气囊6通过所述充气孔与充气装置连接。气囊作为主要密封部分，可以根据需要控制充气压力，拆卸方便。
52.本发明还提供了一种用于防止盾尾涌水涌沙的方法，采用用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，所述用于防止盾尾涌水涌沙的方法包括以下步骤：
53.步骤一：在盾构机发生渗漏时，在渗漏点位置缩回对应的伸缩油缸8；
54.步骤二：然后将气囊6装进盾尾间隙；
55.步骤三：将圆弧槽钢1依次放置在漏水点的管片4和所述伸缩油缸之间，使所述圆弧槽钢的外边缘抵住盾尾内壁，且第二垫片41紧贴管片，使气囊的气孔对准圆弧槽钢的充气孔；
56.步骤四：伸出伸缩油缸并控制伸缩油缸的行程，使所述圆弧槽钢及第二垫片紧压管片且不变形；
57.步骤五：依次安装所述圆弧槽钢，每块所述圆弧槽钢之间用法兰2连接，直至整环圆弧槽钢安装完毕，通过圆弧槽钢的充气孔连接充气装置给所述气囊充气。
58.本发明可以有效的对突发情况下盾尾大规模涌水涌砂进行及时封堵，填补了该领域的空白，从而提高盾构施工的安全性。本发明防渗效果好，易于加工，操作简便，成本低廉，可以广泛应用于盾构施工工程当中。通过本发明可有效避免因盾尾刷失效而造成的安全质量事故，安全事故；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而导致的经济损失；可有效避免因盾尾刷失效发生安全事故造成的人员伤亡；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成社会负面影响；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成工期损失。本发明还具有如下有益效果：体积小，易加工，操作简单，提高了盾尾渗漏时的封堵质量。
59.实施例1：
60.本发明提出一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，如图1所示，本发明采用如下技术方案：
61.一种防止盾尾涌水涌沙的圆弧形槽钢，包括：受力部分和密封部分
62.(1)受力部分主要为圆弧形槽钢(圆弧槽钢)以及连接法兰。每一块之间用法兰连接，提高圆弧形槽钢的整体性，直至整环圆弧形槽钢安装完毕。
63.(2)密封部分主要为气囊和密封橡胶，密封橡胶包括：第一垫片51和第二垫片41。
64.所述圆弧形槽钢靠近圆心内侧设置便于装卸的提手。
65.所述受力部分与密封部分均为圆弧形，大小尺寸互相贴合，半径与盾构机尾盾内径相匹配，圆弧形槽钢作为受力部分，一侧粘贴弹性密封垫片，弹性密封垫片的粘贴长度均超出圆弧形槽钢的两侧。圆弧形槽钢能适应油缸挤压产生的较大轴向力，弹性密封垫片能起到很好的缓冲作用，且两个侧边缘均超出圆弧形槽钢，在圆弧形槽钢拼装时，超出部分可以依次叠加，避免接缝处渗漏，加固密封效果。橡胶气囊作为主要密封部分，可以根据需要控制充气压力，拆卸方便。所述密封部分中气囊放置于盾尾与管片间隙中，气嘴通过圆弧形槽钢开口连接充气装置。
66.圆弧形槽钢的尺寸可以依据盾尾内径调整大小，各组成块的圆心角也可根据实际情况划分为30度、20度等不同样式，在确保良好止水效果的同时，轻便，易于安装，该方法结构简单，密封效果好。
67.上述应急装置具体应用包括以下步骤：
68.步骤一：盾构机发生渗漏时，在渗漏点位置缩回对应的油缸；
69.步骤二：在渗漏部位预先塞入涂满密封油脂的钢丝球(棉被亦可)初步止水，然后将气囊装进盾尾间隙，预留充气孔对准钢环开口位置；
70.步骤三：将圆弧形槽钢依次放置在漏水点处的管片和油缸之间，并且使圆弧形槽钢的外边缘抵住盾尾内壁，且缓冲密封层紧贴管片；
71.步骤四：伸出油缸并控制好油缸行程，使圆弧形槽钢及密封垫片紧压管片且不变形；
72.步骤四：将其他部分依照以上步骤依次安装完成，同时每一块之间用法兰连接，提高圆弧形槽钢的整体性，直至整环圆弧形槽钢安装完毕，气囊通过圆弧形槽钢的预留开口，连接充气装置充气，控制好充气压力；
73.步骤五：通过盾尾同步注浆系统，油脂注入系统，二次注浆系统对盾尾进行密封；
74.步骤六：盾尾涌水涌砂完全阻断后，依次回缩油缸，倒序拆除所述装置。
75.当盾尾发生涌水涌砂时，在盾尾间隙立即塞入涂满油脂的钢丝球(棉被亦可)，缓解涌水涌砂压力，同时便于后续放入气囊。圆弧形槽钢作为受力部分，通过承受油缸挤压进而使与管片接缝处具有良好的密封效果。
76.实施例2：
77.本发明提出一种用于防止盾尾涌水涌沙的应急装置，包括：圆弧槽钢，如图3所示，一种防止盾尾涌水涌沙的圆弧槽钢，本实施例中，受力部分与密封部分均为圆弧形，槽钢的外环半径与盾尾内径一致，密封垫片粘贴在圆弧形槽钢靠近盾尾和管片的一侧，并与盾尾内壁以及管片接触，可以使盾尾密封，密封垫片粘贴时要超出圆弧形槽钢两侧50mm，在依次安装圆弧形槽钢时，相邻的两块槽钢的密封垫片与另一块槽钢的密封垫片叠加，在接缝处起到加强密封的作用。
78.作为主要受力部分的圆弧形槽钢，内侧设有便于装卸的提手。为了使圆弧形槽钢拆卸方便，在靠近圆心的一侧设置提手，本实施例中，提手采用4mmhpb300，具有良好的焊接性和机械性。
79.通过本发明可有效避免因盾尾刷失效而造成的安全质量事故，安全事故；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而导致的经济损失；可有效避免因盾尾刷失效发生安全事故造成的人员伤亡；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成社会负面影响；可有效避免因盾尾刷失效造成安全质量故事而造成工期损失。本发明还具有如下有益效果：体积小，易加工，操作简单，提高了盾尾渗漏时的封堵质量。
80.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。