一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置的制作方法

1.本实用新型涉及地下工程技术领域，尤其涉及一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置。


背景技术：

2.目前，水平全回旋全套管顶进工法(htcj工法)是一种新型的地铁联络通道机械施工工法，其采用水平全回旋驱动机构驱动机头管或钢管节旋转带动切削单元环向切削盾构隧道管片及双线隧道联络通道之间的土体，在相邻盾构隧道之间形成一段带土体的由钢套管作为初支结构的通道，随后清除被环向切削并临时保留在钢套管内的土体和管片，之后再用圆形顶管机配套的后顶设备顶进钢筋混凝土管节置换钢套管，以形成联络通道的主体结构。
3.htcj工法采用钢套管回旋转动掘进过程中，保留核心土。由于保留在套管内并形成具有一定高度的柱状的土体在临近始发端隧道内没有结构提供支护力，当机头管切削破除始发端盾构隧道管片后，水、土压力被释放，钢套管内的土体会产生较大变形，特别是自稳性较差的土层，会有产生向盾构隧道内迅速倒塌或滑移的可能，引起地层损失和造成地面沉降，影响隧道施工安全和地表安全；并且，地下水压力较大时，地下水也可能沿着钢套管内外壁或套管内土体孔隙渗流到盾构隧道内，造成涌水涌砂，加剧土体滑移，影响隧道施工安全。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提出一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置，通过管外密封结构、管内密封结构和支撑装置之间的协同作用，可以确保盾构隧道中的施工安全，解决了全回旋钢套管在掘进工作时，钢套管内的核心土体和地下水以及切削下来的管片存在向盾构隧道内迅速滑移的可能，引起土体损失和造成地面沉降，影响隧道施工安全和地表安全的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下的技术方案：
5.一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置，由外到内依次包括盾构隧道、始发洞门墙、钢套管和密封套筒；
6.所述钢套管与所述始发洞门墙之间设有管外密封结构，所述钢套管与所述密封套筒之间设有管内密封结构，所述密封套筒设有多个止退组件，所述密封套筒的后端设有支撑装置；所述管内密封结构不随所述钢套管旋转而旋转，保持原位不动。
7.所述管外密封结构用于密封所述钢套管和所述始发洞门墙之间的空隙，所述管内密封结构用于密封所述钢套管和所述密封套筒之间的空隙，所述止退组件用于与所述密封套筒协同活动，所述支撑装置用于支撑所述密封套筒。
8.可选的，所述管外密封结构包括止水钢板、活动压板、第一钢丝刷和橡胶帘布和第一注油脂管路；
9.所述止水钢板设于所述始发洞门墙的口部，所述橡胶帘布与所述止水钢板紧贴，
所述活动压板与所述橡胶帘布紧贴，三者通过螺栓固定；所述第一钢丝刷设于沿顶进方向的所述止水钢板内侧；所述第一注油脂管路预埋于所述始发洞门墙内。
10.可选的，所述密封套筒包括前端板、后端板、环板和加劲板，所述环板为圆环状，所述环板用于连接所述前端板和后端板，所述多个加劲板呈圆周排布，所述加劲板的前端与所述前端板固定连接，所述加劲板的后端与所述后端板固定连接；
11.所述前端板的前端设有密封囊，所述密封囊的后端设有预留孔，所述预留孔用于向所述密封囊输送流动介质。
12.可选的，所述管内密封结构包括多组第二钢丝刷，所述第二钢丝刷位于所述环板的外侧，所述第二钢丝刷的首端环设于所述环板的外侧壁，所述第二钢丝刷的末端紧贴钢套管的内壁。
13.可选的，所述管内密封结构还包括第一密封环和第二密封环，所述第一密封环环设于所述前端板的外侧边缘，所述第二密封环环设于所述后端板的外侧边缘。
14.可选的，所述止退组件包括多个止退销，所述加劲板设有多个第一销孔，所述环板设有多个第二销孔，多个所述第一销孔和多个所述第二销孔一一对应，所述止退销均与所述第一销孔、所述第二销孔滑动连接；
15.止退状态时，所述止退销的端部穿过第一销孔和第二销孔，并位于所述钢套管的销槽。
16.可选的，所述支撑装置包括基座、支撑轴套、支撑轴杆、支撑油缸和移动车，所述移动车滑动安装于所述盾构隧道，所述移动车上固定安装有所述基座，所述基座的顶部水平安装有支撑轴套，所述支撑轴套的内部固定套设有所述支撑油缸，所述支撑油缸的活塞杆设有所述支撑轴杆，所述支撑轴杆的一端与所述支撑轴套的内侧壁滑动配合，所述支撑轴杆的另一端与所述后端板相抵接。
17.可选的，所述盾构隧道和所述始发洞门墙之间设有加固层。
18.可选的，所述第一注油脂管的进油口与外部注油脂系统相连通，所述第一注油脂管的出油口位于所述始发洞门墙沿顶进方向的所述止水钢板上，并与所述第一钢丝刷位置对应，所述第一注油脂管55用于向第一钢丝刷压53与钢套管3外壁之间的空隙注油脂。
19.可选的，管内密封结构还包括第二注油脂管，所述第二注油脂管的进油口与外部注油脂系统相连接，所述第二注油脂管的出油口穿过所述环板，所述第二注油脂管用于向所述第二钢丝刷与钢套管内壁的空隙压注油脂。
20.与现有技术相比，本实用新型的实施例具有以下有益效果：
21.1、管外密封机构是在洞口墙上设置止水钢板、橡胶帘布、钢丝刷以及注油脂相结合的密封结构，防止地下水及渣土屑、岩屑等沿着钢套管及切削槽渗入隧道内；管内密封机构是在钢套管内设置密封结构，抵抗前方传来的水土压力，防止盾构隧道外因水土压力释放导致土体变形和引发隧道内涌水涌砂现象。
22.2、通过管外密封结构、管内密封结构和支撑装置之间的协同作用，可以确保盾构隧道中的施工安全，解决了全回旋钢套管在掘进工作时，钢套管内的核心土体和地下水以及切削下来的管片存在向盾构隧道内迅速滑移的可能，引起土体损失和造成地面沉降，影响隧道施工安全和地表安全的问题。
附图说明
23.图1是本实用新型一实施例一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置的示意图；
24.图2是本实用新型一实施例一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置的剖视图；
25.图3是图2中a处的放大图；
26.图4是本实用新型一实施例支撑装置的示意图；
27.其中，1、盾构隧道；11、加固层；2、始发洞门墙；3、钢套管；4、密封套筒；41、前端板；42、后端板；43、环板；44、加劲板；45、密封囊；451、预留孔；5、管外密封结构；51、止水钢板；52、活动压板；521、螺栓；53、第一钢丝刷；54、橡胶帘布；55、第一注油脂管；6、管内密封结构；61、第二钢丝刷；62、第一密封环；63、第二密封环；64、第二注油脂管；7、止退销；8、支撑装置；81、基座；82、支撑轴套；83、支撑轴杆；84、支撑油缸；85、移动车。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
30.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.下面结合图1至图4，描述本实用新型实施例的一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置。
33.一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置，由外到内依次包括盾构隧道1、始发洞门墙2、钢套管3和密封套筒4；所述钢套管3与所述始发洞门墙2之间设有管外密封结构5，所述钢套管3与所述密封套筒4之间设有管内密封结构6，所述密封套筒4设有多个止退组件，所述密封套筒4的后端设有支撑装置8。
34.所述管外密封结构5用于密封所述钢套管3和所述始发洞门墙2之间的空隙，所述管内密封结构6用于密封所述钢套管3和所述密封套筒4之间的空隙，所述止退组件与所述密封套筒4配合活动，所述支撑装置8用于支撑所述密封套筒4。所述管内密封结构6不随所
述钢套管3旋转而旋转，保持原位不动。
35.本方案的一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置，钢套管3和始发洞门墙2之间的管外密封结构5，可以对钢套管3的外部进行密封止水，防止地下水和土体从钢套管3回旋转动掘进时沿着钢套管3的外壁及切削槽渗流到盾构隧道1内，影响隧道内施工安全。
36.当钢套管3不断回旋转动掘进，被切削下来的盾构管片和土体保留在钢套管3内，会产生较大的水平侧向压力，此时，支撑装置8伸出并支撑于管内密封套筒4的后端，通过管内密封结构4抵抗前方传来的水土压力，防止盾构隧道1外因水土压力释放导致土体变形和发生隧道内涌水涌砂现象，保证施工安全。
37.此外，密封套筒4内的管内密封结构6可以对钢套管3和密封套筒4之间的空隙进行密封，阻挡地下水和土体涌入盾构隧道1内，避免造成土体滑移的情况。
38.本实用新型通过管外密封结构5、管内密封结构6和支撑装置8之间的协同作用，可以确保盾构隧道1中的施工安全，解决了全回旋钢套管3在掘进工作时，钢套管3内的核心土体和地下水以及切削下来的管片存在向盾构隧道1内迅速滑移的可能，引起土体损失和造成地面沉降，影响隧道施工安全和地表安全的问题。
39.进一步的，所述管外密封结构包括止水钢板51、橡胶帘布54、活动压板52、第一钢丝刷53和第一注油脂管路55；所述止水钢板51设于所述始发洞门墙2的口部，所述橡胶帘布54与所述止水钢板51的外壁紧贴，所述活动压板52与所述橡胶帘布54紧贴，三者通过螺栓固定；所述第一钢丝刷53设于沿顶进方向的所述止水钢板51内侧；所述第一注油脂管路55预埋于所述始发洞门墙2内。
40.参照图3，管外密封结构5设有多组第一钢丝刷53，多组第一钢丝刷53的末端在所述全回旋钢套管3回旋转动的作用力下紧贴于钢套管3的外壁，并通过所述第一油脂管路55向第一钢丝刷53与钢套管3外壁的空隙内注油脂填充，使得水、土体被抵挡在第一钢丝刷53的前端。优选的，管外密封结构5设有两道第一钢丝刷53，两道第一钢丝刷53共同作用，在富含水的地层中施工时可以将大量的水土体阻挡在第一钢丝刷53的前端，防止土体和地下水滑移到盾构隧道1内而造成土体损失和地面沉降的情况出现。
41.依次将橡胶帘布54和活动压板52通过螺栓521连接，提高橡胶帘布54在止水钢板51上的稳固程度。
42.值得说明的是，橡胶帘布54的末端在所述全回旋钢套管3回旋转动的作用力下紧贴于钢套管3的外壁，且橡胶帘布54位于第一钢丝刷53的后端，洞口墙2的端部。此时，橡胶帘布54为管外密封结构5的第二道密封措施，当第一钢丝刷53止水作用失效时，橡胶帘布54可以进一步防止土体和地下水渗入盾构隧道内，保证了隧道内安全。
43.进一步的，所述密封套筒4包括前端板41、后端板42、环板43和加劲板44，所述环板43为圆环状，所述环板43用于连接所述前端板41和后端板42，所述多个加劲板44呈圆周排布，所述加劲板44的前端与所述前端板41固定连接，所述加劲板44的后端与所述后端板42固定连接。
44.所述前端板41的前端设有密封囊45，所述密封囊45的后端设有预留孔451，所述预留孔451用于向所述密封囊45输送流动介质。
45.其中，环板43连接前端板41和后端板42从而形成一个密封套筒4，在密封套筒4内
设置有多个加劲板44，加劲板44可以加强前端板41和后端板42之间的连接关系，有效增加密封套筒4的强度。
46.此外，在密封套筒4的前端安装有密封囊45，密封囊45紧贴于盾构隧道1内壁。预留孔451可以向密封囊45输送流动介质，使得密封囊45外形能与盾构隧道1内壁贴合，利于将反作用力均匀传递给正前方的盾构隧道管片，同时可以抵挡被切削下并留在钢套管3内部的盾构管片和核心土体，起到保护密封套筒4的作用。
47.值得说明的是，如果注入流动介质后成型的密封囊的外形不能与盾构隧道内壁契合，当支撑装置提供反作用力传递到密封囊，密封囊不能将反作用力均匀传递给盾构隧道管片上，会导致管内密封结构受力不均引起变形，达不到密封效果，进而影响隧道内施工安全。因此，流动介质宜为气体、泥浆或素混凝土。
48.进一步的，所述管内密封结构6包括多个第二钢丝刷61，所述第二钢丝刷61位于所述环板43的外侧，所述第二钢丝刷61的首端环设于所述环板43的外侧壁，所述第二钢丝刷61的末端紧贴钢套管3的内壁。
49.需要说明的是，第二钢丝刷61安装在环板43的外侧，且第二钢丝刷61的末端在全回旋管法施工时紧贴于钢套管3的内壁，并通过第二油脂管路64与钢套管3内壁的空隙内注油脂填充，使得水、土体被阻挡在第二钢丝刷61的前端，从而防止钢套管3内的核心土体和地下水从钢套管3和密封套筒4之间的空隙中渗入到盾构隧道1，影响盾构隧道1施工安全。
50.参照图3，管内密封结构6设有多组第二钢丝刷61，多组第二钢丝刷61协同作用，在富含水的地层条件下施工时可以将大量的土体和地下水阻挡在第二钢丝刷61的前端，减少水、土体渗入到盾构隧道1内，造成土体损失和地面沉降的情况出现。
51.进一步的，所述管内密封结构6还包括第一密封环62和第二密封环63，所述第一密封环62环设于所述前端板41的外侧边缘，所述第二密封环63环设于所述后端板42的外侧边缘。
52.为了进一步提高管内密封结构6的密封性，在前端板41的外侧边缘设有第一密封环62，在后端板42的外侧边缘设有第二密封环63，第一密封环62和第二密封环63均采用橡胶止水材料制作而成，优选耐磨遇水膨胀材料。第一密封环62可以充分填充前端板41与钢套管3之间的空隙，第二密封环63可以充分填充后端板42与钢套管3之间的空隙，从而进一步提高密封套筒4的密封效果和止水效果。
53.进一步的，所述止退组件包括多个止退销7，所述加劲板44设有多个第一销孔，所述环板43设有多个第二销孔，多个所述第一销孔和多个所述第二销孔一一对应，所述止退销7均与所述第一销孔、所述第二销孔滑动连接；止退状态时，所述止退销7的端部穿过第一销孔和第二销孔，并渗入所述钢套管3的内壁销槽中。
54.钢套管3停止回旋转动掘进，等待安装新一环管节时，工作人员需要撤回支撑装置8，以免待装管节所需的工作空间受到影响。此时，由于密封套筒4失去的支撑力，水、土体压力被释放，容易向盾构隧道1内迅速倒塌或滑移的可能，引起土体损失和造成地面沉降的情况出现。因此，在密封套筒4上设置有止退组件，能够让密封囊4自行止退，以提供反作用力来抵抗前方土体传来的压力。
55.止退状态下，止退销7的端部伸出第二销孔，并插入到钢套管3的销槽内，使得密封套筒4受到的水土压力可通过环向布置的多个止退销7传递至钢套管3上，再通过钢套管3传
递至环梁洞口墙2及盾构隧道1结构上，起到较好的止退作用。
56.当止退销7缩回至第二销孔内，不与钢套管3接触时，密封套筒4与钢套管3间存在管内密封结构6，管内密封结构6起到密封止水的作用，密封套筒4的后端连接有支撑装置8，支撑装置8可以起到提供反作用力，并防止密封套筒4随钢套管3回旋转动。
57.进一步的，所述支撑装置8包括基座81、支撑轴套82、支撑轴杆83、支撑油缸84和移动车85，所述移动车85滑动安装于所述盾构隧道1，所述移动车85固定安装有所述基座81，所述基座81的顶部水平安装有支撑轴套82，所述支撑轴套82的内部固定套设有所述支撑油缸84，所述支撑油缸84的活塞杆设有所述支撑轴杆83，所述支撑轴杆83的一端与所述支撑轴套82的内侧壁滑动配合，所述支撑轴杆83的另一端与所述后端板42相抵接。
58.移动车85放于始发洞口处，然后启动支撑油缸84，支撑油缸84向外伸出活塞杆，活塞杆可以向前端推动支撑轴杆83，由于支撑轴杆83的外壁与所述支撑轴套82的内壁滑动连接，此时，支撑轴套82可以起到导向的作用，使得支撑轴杆83沿着水平方向活动支撑密封套筒4，使密封套筒4具有抵抗前方传来的水土压力的作用，从而减少防止盾构隧道1外因水、土体压力被释放引起土体损失和造成地面沉降的现象出现。
59.为了避免支撑装置8的前端出现悬臂结构的情况，本方案在支撑轴套82的端部与全回旋配套设备活动连接，从而减少支撑装置8在工作时出现结构失稳的情况。
60.进一步的，所述盾构隧道1和所述始发洞门墙2之间设有加固层11。始发洞门墙2与盾构隧道1之间设有加固层11，加固层11能避免水平全回旋刀具环形切削对盾构隧道1造成开裂破坏的风险。
61.在本实施例中，加固层11采用碳纤维材料制作。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该方法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。
62.进一步的，所述第一注油脂管55的进油口与外部注油脂系统相连通，所述第一注油脂管55的出油口位于所述始发洞门墙2沿顶进方向的所述止水钢板51上，并与所述第一钢丝刷53位置对应，所述第一注油脂管55用于向第一钢丝刷压53与钢套管3外壁之间的空隙注油脂。
63.第一注油脂管55可以向第一钢丝刷53压注油脂，填充第一钢丝刷53与钢套管3外壁之间的空隙，防止水土进入盾构隧道1内，提高管外密封结构5的密封效果。管内密封结构6还包括第二注油脂管64，所述第二注油脂管64的进油口与外部注油脂系统相连接，所述第二注油脂管64的出油口穿过所述密封环板4，所述第二注油脂管64用于向所述第二钢丝刷61与钢套管3内壁的空隙压注油脂。
64.第二注油脂管64可以向第二钢丝刷61与钢套管3内壁的空隙压注油脂，防止水土沿着钢套管3内壁渗入盾构隧道1内，进而提高管内密封结构6的密封效果。
65.根据本实用新型实施例的一种水平全回旋全套管顶进工法用始发洞门密封装置的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
66.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。