一种泥水盾构始发阶段快速建压装置的制作方法

1.本发明涉及盾构施工技术领域，尤其涉及一种泥水盾构始发阶段快速建压装置。


背景技术：

2.泥水平衡盾构机具有良好的地层适应性，可以适应各种黏土、砂土、砂砾、坚硬土及由这些土层构成的复合地层，特别在穿越江河湖泊，泥水盾构具有良好的保压功能。盾构机在始发过程中，泥水会从洞门圈与盾构机壳体形成环形的建筑空隙大量窜入盾构机工作井内，影响盾构机开挖面土体压力、开挖面土体的稳定，以及盾构内的施工。
3.常规的洞门密封法是采用折页翻板和帘布橡胶结构形式的密封装置；而在实际使用过程中，由于帘布橡胶与盾壳之间无法完全紧密贴合密封，故无法完全封闭洞门涌水；在洞门处注浆时，也不可避免地存在漏浆现象。
4.当涌水较大或时间较长时，容易引发重大安全事故。目前国内针对泥水盾构始发的工艺方法尚未形成统一完整的结论。
5.不同施工方法对比分析如下：
施工工法施工任务施工工艺场地要求施工成本施工效率是否占直线工期洞门冷冻法始发重复杂高高低占用直线工期30天钢套筒始发重复杂高高低占直线工期地面加固 降水重简单地面场地要求高高低占直线工期，提前加固降水短套筒始发较重复杂高相对高一般不占直线工期
受不同地区地质因素影响，沿海地区及北方部分地区富水砂卵石地层、全断面砂层、淤泥质地层等自稳性极差地层中，开展盾构施工难度极大；特别在泥水盾构始发施工过程中，常规的盾构始发施工技术措施很难保证盾构始发的安全高效性，极易出现始发过程中洞门密封失效、涌水涌沙现象，严重时可引发连锁反应引起地层扰动，从而引发地面塌陷，导致盾构机设备损坏，人员伤亡。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中，盾构始发施工过程中密封效果差、存在安全缺陷的问题，而提出的一种泥水盾构始发阶段快速建压装置。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种泥水盾构始发阶段快速建压装置，包括洞门加强环，所述洞门加强环固定安装在始发隧道口；所述洞门加强环的内环侧设置有钢丝刷，所述钢丝刷的外侧设置有止水帘幕，所述止水帘幕的外侧设置有折页压板；所述钢丝刷至少设置两道，之间填充盾尾油脂。
8.在一些实施例中，所述钢丝刷设置有三道，焊接在洞门加强环的内侧。
9.在一些实施例中，所述洞门加强环由多个弧段钢环拼接组成；所述洞门加强环的外侧设置有加劲板、安装环板。
10.在一些实施例中，所述折页压板通过螺栓安装在洞门加强环的外侧；所述止水帘幕设置在折页压板与洞门加强环之间。
11.在一些实施例中，所述洞门加强环的两侧设置有底座，所述底座的内侧面与洞门加强环的外侧相搭配。
12.在一些实施例中，所述洞门加强环采用螺栓固定在盾构始发隧道口，或采用预埋的方式固定在盾构始发隧道口。
13.在一些实施例中，所述洞门加强环的外侧设置有油脂注入口，所述油脂注入口连通至内环侧。
14.在一些实施例中，所述钢丝刷的顶端向内侧倾斜设置。
15.与现有技术相比，本发明提供了一种泥水盾构始发阶段快速建压装置，具备以下有益效果：1、本发明，用于高水头、大流量、渗透系数大、地质条件复杂的泥水盾构始发时，盾构机能够快速建压，避免内外压力失衡，防止洞门涌水涌砂、地面沉降等风险。
16.2、本发明，确保了盾构始发时的安全，给作业人员创造了一个良好的施工环境，减少了由于出现涌水涌砂、漏浆漏泥时需要进行清理的工作量，节省了人力、物力，降低施工成本，提高经济效益。
17.3、本发明，制作成本低，施工操作简单方便，能实现平行作业，不占主线工期，同时还降低了工程造价和施工人员的操作强度，节省了时间，加快了施工进度，有较好的经济效益和社会效益。
18.本发明的其他优点、目标和特征，在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述；并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的；或者，可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为图1中a处的放大结构示意图。
21.图3为本发明的正视结构示意图。
22.图4为图3中b处的放大结构示意图。
23.图5为本发明的内折状态结构示意图。
24.图6为图5中c处的放大结构示意图。
25.图7为本发明的爆炸结构示意图。
26.图8为弧段钢环安装钢丝刷状态的结构示意图。
27.图9为图8中d处的放大结构示意图。
28.图10为弧段钢环安装钢丝刷状态的正视结构示意图。
29.图11为弧段钢环的结构示意图。
30.图12为弧段钢环的外环侧结构示意图。
31.图13为弧段钢环的正视结构示意图。
32.图14为洞门加强环的安装实施图。
33.图中：
1、洞门加强环；101、弧段钢环；102、加劲板；1021、环状加劲板；103、安装环板；2、钢丝刷；3、止水帘幕；4、折页压板；5、底座；6、油脂注入口。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.参照图1-14，一种泥水盾构始发阶段快速建压装置，包括洞门加强环1，洞门加强环1固定安装在始发隧道口。
36.具体施工时，洞门加强环1可采用螺栓固定在盾构始发隧道口，或采用预埋的方式固定在盾构始发隧道口。
37.对于隧道口有预埋钢环的情况下，优选的采用无缝焊接将洞门加强环1与预埋钢环相连接。
38.在洞门加强环1的内环侧设置有钢丝刷2。
39.其中，钢丝刷2至少设置有两道，两道钢丝刷2之间填充有盾尾油脂。
40.对于钢丝刷2的长度，在安装状态下顶端的内圈直径小于盾壳的直径，以在施工中与盾壳的外表面接触；并在前进力作用下向内侧弯折，以更好的保证密封效果。
41.优选的，钢丝刷2设置有三道，通过焊接固定在洞门加强环1的内侧；两两钢丝刷2之间保留空腔，空腔内填充盾尾油脂；从而形成两个填充空间，构成多层密封，充分保证封闭。
42.对于盾尾油脂，采用人工操作的形式，以手涂型盾尾密封油脂进行涂抹，要求涂抹均匀；以保证空腔内盾尾油脂的密实性、饱和度。
43.在洞门加强环1的外侧设置有油脂注入口6，油脂注入口6连通至内环侧；用以后续油脂的补充、加注、密封。
44.可以理解的是，油脂注入口6可设置为多个，以保证充填效率、均匀度、充填压力；在油脂注入口6设置有对丝球阀，方便连接。
45.在钢丝刷2的外侧设置有止水帘幕3，起到二层防水的作用；在止水帘幕3的外侧设置有折页压板4，以避免止水帘幕3外翻。
46.可以理解的是，止水帘幕3的内圈直径大于盾壳的直径；折页压板4处于未弯折状态下，其内端的内圈直径小于盾壳的直径；且需控制在弯折状态下各个折页压板4不产生干扰。
47.在盾构进入时，盾壳触动折页压板4、止水帘幕3向内弯折。
48.对于钢丝刷2与止水帘幕3之间，可选填充盾尾油脂。
49.对于本装置的应用。
50.泥水盾构始发阶段切口水压建立的过程中，传统的预埋洞门环板 橡胶帘布的洞门密封装置无法保证密封性；盾构在出加固体前需将压力设置为正常地层压力，约为1.0bar；此时，止水环长度过短，导致难以有效封闭、保证压力。
51.通过本方案，设置洞门加强环1作为延长，增加止水距离；洞门加强环1内安装三道钢丝刷2作为始发洞门的密封装置。
52.在始发洞门破除完后加装本装置，洞门加强环1紧贴洞门。其中心线与隧道中心线
重合，防止盾构机在掘进过程中损坏钢丝刷2，使得密封效果变差，从而起不到防止涌水涌砂的作用。
53.始发前，首先在安装好的洞门加强环1内焊接钢丝刷2，需焊接紧固。安装好后，安排人工进行手涂盾尾油脂；之后，在钢丝刷2外安装止水帘幕3，并在止水帘幕3外加装一圈折页压板4。
54.在一些实施例中，洞门加强环1由多个弧段钢环101拼接组成；以便于进行加工、安装。
55.优选的，洞门加强环1由四个均分的弧段钢环101拼接组成。
56.同时，在洞门加强环1的外侧设置有加劲板102、安装环板103；优选的，加劲板102设置间隔分度为10度。
57.可以理解的是，安装环板103分别位于洞门加强环1的前后两侧；前侧的安装环板103用于与洞门连接，后侧的安装环板103用于安装折页压板4；加劲板102沿径向发散、环绕设置多个，其前后端分别连接前后侧的安装环板103，内侧端连接洞门加强环1，以提高整体的强度。
58.优选的，为进一步提高整体强度，在洞门加强环1的外环侧中心位置另增设一个平行于安装环板103的环状加劲板1021；该环状加劲板1021贯穿所有的加劲板102。
59.对于折页压板4的安装，在洞门加强环1上预置有螺栓孔，折页压板4通过螺栓安装在洞门加强环1的外侧。
60.同时，止水帘幕3设置在折页压板4与洞门加强环1之间，通过折页压板4将止水帘幕3进行固定。
61.优选的，折页压板4间隔分度为5度。
62.在一些实施例中，钢丝刷2的顶端向内侧倾斜设置；以便于盾构前进中形成弯折；同时，可进一步保证密封空间的稳定。
63.在一些实施例中，洞门加强环1的两侧设置有底座5，底座5的内侧面与洞门加强环1的外侧相搭配。
64.底座5安置在平整的钢筋混凝土底板上；通过底座5进一步保证洞门加强环1安装的稳固。
65.可以理解的是，底座5为可选安装。
66.在中华西路站～安谷路站区间的应用。
67.西安地区盾构始发井围护结构多采用钻孔钢筋灌注桩 内支撑形式；在始发前破除洞门的过程中，对地层扰动较大；尤其是全断面富水砂层，地下水位较高，盾构始发时泥水仓压力建压太慢，且保不住压，易发生涌水涌砂的现象。通过设置洞门加强环1，内设三层钢丝刷2，形成两个空腔；在地面放置泵送油脂机打装置，使用时空腔内注入盾尾油脂，起到密封保压作用。从而在盾构机在破除洞门阶段，刀盘对地层的扰动出现涌水涌砂的时候起到密封作用，防止出现水土流失从而导致地层坍塌的风险。
68.中华西路站～安谷路站区间线路，区间范围内的地质勘察报告及设计图纸显示，地下水位均位于隧道顶部以上。拟建场地属渭河河道及漫滩，渭河一级阶地、渭河二级阶地，地下水主要类型为第四系孔隙潜水，含水层主要为第四系砂土、碎石土，地下水位埋深不一，渭河北岸二级阶地地下水位埋深9.20～14.10m；渭河南岸一级阶地区地下水位埋深
5.70～9.30m。
69.始发时由于地下水位较高，刀盘在破洞门的时候对土地的扰动将导致大量地下水涌出，水土流失造成洞门坍塌。通过本装置的设置，当刀盘开始切除土体时，洞门加强环1起到一个密封的效果；钢丝刷2和填充密实的盾尾油脂将地下水阻挡在地层内，防止水土流失。掘进过程中，同时往洞门加强环1的油脂注入口6中注入盾尾油脂，使盾体和洞门加强环1之间保持密实。
70.对于本装置的安装。
71.区间盾构始发掘进前，将加工好的洞门加强环1安装在洞门外侧；安装前，需将待安装部位上的杂物清理干净，使洞门加强环1的内侧与墙面之间紧密贴合。
72.安装底座5时，确保洞门加强环1与底座5严密契合，保证其安装牢固可靠；对底座5和洞门加强环1之间焊接牢固，底座5安置在平整的钢筋混凝土底板上，同时与洞门侧墙埋件焊接固定。
73.洞门加强环1安放到位后，必须经过测量人员测量校正，保证定位的精确性，进而保证盾构始发的精确性；安装完成后，再次进行复测，使洞门加强环1的圆心与隧道中心线重合。
74.同时，为防止始发盾构机栽头需从始发基座与洞门之间做导轨。调整好轨道与洞门加强环1底部的距离，在轨道与洞门加强环1之间焊接连接钢轨，使盾构机顺利进入洞门加强环1内。
75.对于折页压板4，安装要精确，防止盾构机进洞时损坏。
76.在使用中。
77.盾构始发后，刀盘贴上掌子面时，已通过洞门加强环1结构，洞门加强环1的密封装置即可生效；在刀盘切削掌子面过程中，即可开始建立泥水仓压力，维持掌子面稳定。
78.同时，启动外接的盾尾密封油脂补注装置，维持洞门加强环1内油脂密封压力在25bar左右。
79.在盾构掘进施工中，安排技术人员24小时值班观察百分表的位移情况；如果发现异常，立即和主机室联系，停止掘进。对洞门钢环进行加固处理；必要时，用洞门植筋方式进行加固处理；盾构掘进时加强对掘进参数的管控，如果掘进参数出现异常波动且波动比较频繁，停止掘进查明原因，处理完成后方可恢复掘进。
80.对于质量控制：为保证装置的安全、有效，对其进行质量控制。
81.切割（下料）：包括气割和剪切，切割前应对板材或型材进行矫平矫直。
82.组装：构件整体组装，组装前必须放大样，点焊后才能正式焊接成型，焊接成型后进行检验、矫正。
83.焊接：焊接人员均持证上岗；焊接后进行外观检测，然后进行局部变形矫正。
84.矫正：矫正工作贯穿钢结构制作的全过程；从下料前到下料、组装、焊接均应矫正，以确保构件尺寸、形状满足规范要求。
85.表面处理：加工后的零件、部件、构件均有专人去除毛剃、焊渣、飞溅物、污垢等，并进行表面检查。
86.油漆：除锈后进行表面清理，然后喷涂防锈漆。
87.对于材料控制：为保证足够的强度，对材料进行要求。
88.采用q345钢板，焊接部位采用二氧化碳气体保护焊接；止水帘幕3采用预制一体型密封帘布；螺母螺栓采用8.8级高强螺栓；洞门钢环上设置螺栓孔，间隔分度为5度，位置误差不得大于1mm；加劲板102间隔分度为10度，误差不得大于1mm。
89.控制标准，如下表。序号项目允许偏差1洞门加强环宽度加工误差≤1cm2洞门加强环半径误差≤5mm3螺栓孔定位误差≤1mm4钢板定位误差≤1mm5钢板加工尺寸误差≤3mm6洞门加强环安装误差≤5mm7油脂补注压力误差≤
±
3bar
90.为保证成型精度，部件焊接前必须充分考虑其热胀冷缩性，焊接过程中持续监测其变形情况，根据监测情况及时调整加工位置。
91.安装前，必须现有测量精确放样，定位其安装位置；然后，点焊固定后再次测量校核，确认无误后方可进行焊接安装，确保安装的精确度。
92.始发过程中，必须由专人负责密封腔内油脂补注及洞门密封情况监测，保证始发过程中安全可控。
93.本装置，在中华西路～安谷路区间、安谷路～秦皇南路区间盾构工程施工过程中得到了成功应用。其操作严谨，技术成熟可靠，解决了自稳性极差的全断面富水砂层中泥水盾构始发极易出现涌水涌沙、建压困难、泥浆管路滞排、同步注浆等安全施工的风险；确保盾构始发的安全高效，大大提高施工效率，降低施工风险，节约施工成本；保证了业主要求的节点工期要求，得到监理、业主、各方同仁及社会的一致认可和好评；取得了良好的经济效益和社会效益，可为类似的隧道施工工程提供借鉴。
94.本发明，用于高水头、大流量、渗透系数大、地质条件复杂的泥水盾构始发时，盾构机能够快速建压，避免内外压力失衡，防止洞门涌水涌砂、地面沉降等风险。
95.本发明，针对现有技术的不足，提供了一种泥水盾构始发阶段快速建压装置；确保了盾构始发时的安全，给作业人员创造了一个良好的施工环境，减少了由于出现涌水涌砂、漏浆漏泥时需要进行清理的工作量，节省了人力、物力，降低施工成本，提高经济效益。
96.本发明，制作成本低，施工操作简单方便，能实现平行作业，不占主线工期，同时还降低了工程造价和施工人员的操作强度，节省了时间（节约工期约30天），加快了施工进度，有较好的经济效益和社会效益。
97.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
98.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
99.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。