一种盾构带水接收洞门临时密封装置及密封方法

摘要

本发明公开了一种盾构带水接收洞门临时密封装置，包括：多个底座，其均匀分布在预埋钢环圆周上；弹簧钢板束，其包括一个或多个弹簧钢板层，由多个弹簧钢板组成形成环状结构，弹簧钢板的长度小于预埋钢环的半径；多个压板，其均匀分布在弹簧钢板束上且与多个底座相对设置，压板的一端向接收井方向以一定弧度弯曲。本发明还公开了一种盾构带水接收洞门临时密封方法。本发明的临时密封装置，弹簧钢板利用自身回弹力贴紧盾构外壁及管片外壁实现阻断地层水土流失的目的。本发明的临时密封方法，解决带水接收情况下洞门密封实施困难的问题，操作简单，减少人力，提高效率，以便获得更好的临时洞门密封效果。

说明书

技术领域

本发明属于盾构隧道工程技术领域，具体涉及一种盾构带水接收施工的 洞门临时密封装置及密封方法。

背景技术

目前城市盾构隧道处于高速发展阶段，盾构施工方式不断创新，盾构接 收方式也不断改进以减小施工风险，其中带水接收工法极大减小了盾构接收 的风险，尤其在稳定性差、含水量较多的地层中，带水接收施工方式逐渐普 及，传统的接收洞门密封结构由橡胶帘布、折页压板构成，采用钢丝绳收紧 的方式实现密封，然而在带水接收的情况下，橡胶帘布保护困难，易破损， 且在带水接收情况下实施困难，现场操作难度较大。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种盾构带水接收洞门临时密封装置，弹簧 钢板利用自身回弹力贴紧盾构外壁及管片外壁实现阻断地层水土流失的目 的。

本发明还有一个目的是通过盾构带水接收洞门临时密封方法，解决带水 接收情况下洞门密封实施困难的问题，操作简单，减少人力，提高效率，以 便获得更好的临时洞门密封效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种盾构带水接收 洞门临时密封装置，其设置在接收井的洞门的预埋钢环上，所述盾构穿过所 述临时密封装置进入接收所述盾构的所述接收井，包括：

多个底座，其均匀分布在所述预埋钢环靠近所述接收井的一侧圆周上；

弹簧钢板束，其包括一个或多个弹簧钢板层，对于任意一个弹簧钢板层 由多个沿所述预埋钢环圆周向均匀分布在所述多个底座上的等长度的弹簧钢 板组成，且任意相邻的两个弹簧钢板毗邻接触以使所述弹簧钢板层形成环状 结构，其中，对于任意一个弹簧钢板，其一端固定在底座上，另一端为自由 端，所述弹簧钢板的长度小于所述预埋钢环的半径；多个压板，其均匀分布 在所述弹簧钢板束上且与所述多个底座相对设置，所述压板靠近所述弹簧钢 板的自由端的一端向所述接收井方向以一定弧度弯曲。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹簧钢板束包 括：多个弹簧钢板层，其包括沿所述接收井方向依次叠加安装的第一弹簧钢 板组和第二弹簧钢板组，所述第一弹簧钢板组包括多个相对设置的第一弹簧 钢板层，组成所述多个第一弹簧钢板层的弹簧钢板的长度一致，所述第二弹 簧钢板组包括多个交错设置的第二弹簧钢板层，组成所述第二弹簧钢板层的 弹簧钢板的长度沿所述接收井方向递减，且均小于组成所述多个第一弹簧钢 板层的弹簧钢板的长度。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，组成所述第一弹簧 钢板层的弹簧钢板的长度设置为：所述盾构经过所述预埋钢环时，所述第一 弹簧钢板层与所述盾构发生干涉，所述盾构安装管片时，所述第一弹簧钢板 层与所述管片发生干涉。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述多个底座上设 有多个第一通孔、所述弹簧钢板束的一端设有多个第二通孔、所述多个压板 上设有多个第三通孔，紧固件穿过所述第一通孔、第二通孔和第三通孔将所 述底座、所述弹簧钢板束的一端和所述压板固定连接。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述第一通孔为内 部穿设有沉头螺栓的锥形孔，所述沉头螺栓穿过所述第一通孔、所述第二通 孔和所述第三通孔后与垫片螺母螺纹连接，将所述底座、所述弹簧钢板束的 一端和所述压板固定连接。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述预埋钢环上设 有第一注浆孔，其与预埋在内衬墙中的预埋注浆管连通。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹簧钢板束包 括3个所述第一弹簧钢板层和5个所述第二弹簧钢板层。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹簧钢板束的 材质为65Mn。

优选的是，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，对于任意一个所述 弹簧钢板，其厚度为1mm。

一种所述的盾构带水接收洞门临时密封装置的密封方法，包括以下步骤：

第一、在所述接收井的洞门处设置所述预埋钢环，并设置所述第一注浆 孔和所述注浆管，在所述预埋钢环的圆周上焊接所述底座，依次安装所述弹 簧钢板束和所述压板，以压紧所述弹簧钢板束，在不妨碍所述弹簧钢板束的 情况下进行所述洞门的凿除；

第二、在接收井内回填砂土，并灌水至指定液位；

第三、所述盾构推出所述洞门时停止刀盘转动，所述盾构接触所述弹簧 钢板束后，所述弹簧钢板束紧贴所述盾构的外壁并将其以外的空间分隔成两 个独立空间，所述盾构的壁后注浆孔向不与所述接收井贯通的空间注浆，至 所述盾构的盾尾刷脱离所述弹簧钢板束；

第四、所述盾构推出后，所述弹簧钢板束回弹后紧贴在所述盾构安装的 最后一片管片的外壁并将其以外的空间分隔成两个独立空间，所述管片的二 次注浆孔和所述第一注浆孔向不与所述接收井贯通的空间同时进行洞门封堵 注浆，形成临时密封系统。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明的临时密封装置安装在预埋钢环上，通过在预埋钢环的圆 周依次安装底座、弹簧钢板束和压板，使弹簧钢板束的一端固定在预埋钢环 上，盾构经过洞门时弹簧钢板束紧贴盾构外壁圆周，将盾构的外壁与周围土 体活动门钢环之间的泥浆与外界阻拦，当盾构继续前进，在洞门处安装最后 一组管片，弹簧钢板束紧贴管片外壁圆周，管片与周围土体或洞门钢环之间 的泥浆与外界阻拦，第一注浆孔向洞门侧空间注浆，实现临时密封的目的；

第二、底座安装在预埋钢环的圆周上，使得每一个弹簧钢板都能够安装 在底座上以固定于预埋钢环上，弹簧钢板层包括多个毗邻接触的弹簧钢板， 弹簧钢板之间相接但是不固定连接，便于拆卸和安装，半径小于预埋钢环的 环状结构，便于形成拦截泥浆的断面层，压板与底座一一相对，使得夹在中 间的弹簧钢板的一端紧紧固定，形成密封的断面，压板的另外一端以一定弧 度弯曲，保证弹簧钢板弯曲时与压板接触面，防止弹簧钢板折断；

第三、弹簧钢板束包括多层，长度一致且最长的第一弹簧钢板层与盾构、 管片率先接触，多个长度一致的钢板层相对设置，保证了泥浆与弹簧钢板在 相同接触面积时，提高了钢板强度和拦截能力，长度递减的第二弹簧钢板层 与盾构、管片不接触，但在压板作用下紧贴第一弹簧钢板层，给予弹性支撑 贴合力，阶梯式布置增强了第一弹簧钢板层的强度，每一层和前一层错位分 布、交错设置，钢板之间的接缝错位封堵，增强了弹簧钢板束的密封能力； 第一弹簧钢板层的长度设置为能够与盾构、管片外壁发生干涉，使得弹簧钢 板层弯曲时还能够接触并紧贴到盾构、管片的外壁，形成密封层；

第四、底座通过焊接固定在预埋钢环上，底座、弹簧钢板束和压板上开 有通孔，通过紧固件将三者固定连接；在第一通孔上设有沉头螺栓，依次穿 过弹簧钢板束和压板，然后螺母拧紧，实现三者的可拆卸固定连接；

第五、3个第一弹簧钢板层使得与盾构、管片接触的弹簧钢板的厚度、 强度恰好在承受水压的基础上拦截能力最佳，5个第二弹簧钢板层使得不与 盾构、管片接触的弹簧钢板恰好压迫在第一弹簧钢板层上且不阻碍第一弹簧 钢板层的弯曲，形成强大的支撑力；材质为65Mn为经过特殊工艺处理过的 钢板，具有良好的弹性，弯曲能力和回弹能力；每一个弹簧钢板的厚度为1 mm，使得每一个弹簧钢板具有好的强度，以及多层弹簧钢板叠加形成第一弹 簧钢板层时还能弯曲和回弹；

第六、本发明的临时密封方法，待盾构到达接收井之后到盾构拆除吊出 之前的这一段时间，洞门处无法进行混凝土浇筑施工，故需要洞门临时密封， 使用本发明的临时密封装置，将其安装于预埋钢环上，回填砂土、灌水准备 带水接收，盾构经过预埋钢环，然后安装最后一组管片，依次将盾构、管片 外壁分隔成两个空间，盾构尾部到达预埋钢环之后，盾构机内进行主要注浆， 洞门处预埋注浆管的注浆作为辅助注浆，实现洞门封堵注浆，防止水土流失 形成地面塌陷，为之后的洞门的混凝土结构永久密封形成密封基础，本发明 的方法在带水接收的情况下操作简单、密封效果好，减少了人力、物力，仅 需要前期对密封装置的安装。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将 通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的临时密封装置的结构示意图；

图2为本发明所述的弹簧钢板束的安装示意图；

图3为本发明所述的弹簧钢板束的局部放大图；

图4为本发明所述的底座的正视图和侧视图；

图5为本发明所述的压板的正视图和侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。

如图1～5所示，本发明提供一种盾构带水接收洞门临时密封装置，其设 置在接收井的洞门的预埋钢环3上，所述盾构穿过所述临时密封装置进入接 收所述盾构的所述接收井，包括：

多个底座5，其均匀分布在所述预埋钢环3靠近所述接收井的一侧圆周 上；

弹簧钢板束6，其包括一个或多个弹簧钢板层，对于任意一个弹簧钢板 层由多个沿所述预埋钢环3圆周向均匀分布在所述多个底座5上的等长度的 弹簧钢板组成，且任意相邻的两个弹簧钢板毗邻接触以使所述弹簧钢板层形 成环状结构，其中，对于任意一个弹簧钢板，其一端固定在底座5上，另一 端为自由端，所述弹簧钢板的长度小于所述预埋钢环3的半径；多个压板7， 其均匀分布在所述弹簧钢板束6上且与所述多个底座5相对设置，所述压板 7靠近所述弹簧钢板的自由端的一端向所述接收井方向以一定弧度弯曲。

在上述技术方案中，临时密封装置安装在预埋钢环3上，通过在预埋钢 环3的圆周依次安装底座5、弹簧钢板束6和压板7，使弹簧钢板束6的一端 固定在预埋钢环3上，盾构经过洞门时弹簧钢板束6紧贴盾构外壁圆周，将 盾构的外壁与周围土体活动门钢环之间的泥浆与外界阻拦，当盾构继续前进， 在洞门处安装最后一组管片，弹簧钢板束6紧贴管片外壁圆周，管片与周围 土体或洞门钢环之间的泥浆与外界阻拦，第一注浆孔向洞门侧空间注浆，使 得水土压力平衡，实现临时密封的目的。底座5安装在预埋钢环3的圆周上， 使得每一个弹簧钢板都能够安装在底座5上以固定于预埋钢环3上，弹簧钢 板层包括多个毗邻接触的弹簧钢板，弹簧钢板之间相接但是不固定连接，便 于拆卸和安装，半径小于预埋钢环3的环状结构，便于形成拦截泥浆的断面 层，压板7与底座5一一相对，使得夹在中间的弹簧钢板的一端紧紧固定， 形成密封的断面，压板7的另外一端以一定弧度弯曲，保证弹簧钢板弯曲时 与压板7接触面，防止弹簧钢板折断。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹 簧钢板束6包括：多个弹簧钢板层，其包括沿所述接收井方向依次叠加安装 的第一弹簧钢板组61和第二弹簧钢板组62，所述第一弹簧钢板组61包括多 个相对设置的第一弹簧钢板层，组成所述多个第一弹簧钢板层的弹簧钢板的 长度一致，所述第二弹簧钢板组62包括多个交错设置的第二弹簧钢板层，组 成所述第二弹簧钢板层的弹簧钢板的长度沿所述接收井方向递减，且均小于 组成所述多个第一弹簧钢板层的弹簧钢板的长度。弹簧钢板束6包括多层， 长度一致且最长的第一弹簧钢板层与盾构、管片率先接触，多个长度一致的 钢板层相对设置，保证了泥浆与弹簧钢板在相同接触面积时，提高了钢板强 度和拦截能力，长度递减的第二弹簧钢板层与盾构、管片不接触，但在压板 7作用下紧贴第一弹簧钢板层，给予弹性支撑贴合力，阶梯式布置增强了第 一弹簧钢板层的强度，每一层和前一层错位分布、交错设置，钢板之间的接 缝错位封堵，增强了弹簧钢板束6的密封能力。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，组成所 述第一弹簧钢板层的弹簧钢板的长度设置为：所述盾构经过所述预埋钢环3 时，所述第一弹簧钢板层与所述盾构发生干涉，所述盾构安装管片时，所述 第一弹簧钢板层与所述管片发生干涉。第一弹簧钢板层的长度设置为能够与 盾构、管片外壁发生干涉，使得弹簧钢板层弯曲时还能够接触并紧贴到盾构、 管片的外壁，形成环状密封层。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述多 个底座5上设有多个第一通孔、所述弹簧钢板束6的一端设有多个第二通孔、 所述多个压板7上设有多个第三通孔，紧固件穿过所述第一通孔、第二通孔 和第三通孔将所述底座5、所述弹簧钢板束6的一端和所述压板7固定连接。 底座5通过焊接固定在预埋钢环3上，底座5、弹簧钢板束6和压板7上开 有通孔，通过紧固件将三者固定连接。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述第 一通孔为内部穿设有沉头螺栓4的锥形孔，所述沉头螺栓4穿过所述第一通 孔、所述第二通孔和所述第三通孔后与垫片螺母8螺纹连接，将所述底座5、 所述弹簧钢板束6的一端和所述压板7固定连接。在第一通孔上设有沉头螺 栓4，依次穿过弹簧钢板束6和压板7，然后螺母8拧紧，实现三者的可拆卸 固定连接。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述预 埋钢环3上设有第一注浆孔，其与预埋在内衬墙1中的预埋注浆管2连通。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹 簧钢板束6包括3个所述第一弹簧钢板层和5个所述第二弹簧钢板层。3个 第一弹簧钢板层使得与盾构、管片接触的弹簧钢板的厚度、强度恰好在承受 水压的基础上拦截能力最佳，5个第二弹簧钢板层使得不与盾构、管片接触 的弹簧钢板恰好压迫在第一弹簧钢板层上且不阻碍第一弹簧钢板层的弯曲， 形成强大的支撑力。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，所述弹 簧钢板束6的材质为65Mn。材质为65Mn为经过特殊工艺处理过的钢板， 具有良好的弹性，弯曲能力和回弹能力。

在另一种技术方案中，所述的盾构带水接收洞门临时密封装置，对于任 意一个所述弹簧钢板，其厚度为1mm。每一个弹簧钢板的厚度为1mm，使 得每一个弹簧钢板具有好的强度，以及多层弹簧钢板叠加形成第一弹簧钢板 层时，还能弯曲和回弹。

一种所述的盾构带水接收洞门临时密封装置的密封方法，包括以下步骤：

第一、在所述接收井的洞门处设置所述预埋钢环3，并设置所述第一注 浆孔和所述注浆管，在所述预埋钢环3的圆周上焊接所述底座5，依次安装 所述弹簧钢板束6和所述压板7，以压紧所述弹簧钢板束6，在不妨碍所述弹 簧钢板束6的情况下进行所述洞门的凿除；

第二、在接收井内回填砂土，并灌水至指定液位；

第三、所述盾构推出所述洞门时停止刀盘转动，所述盾构接触所述弹簧 钢板束6后，所述弹簧钢板束6紧贴所述盾构的外壁并将其以外的空间分隔 成两个独立空间，所述盾构的壁后注浆孔向不与所述接收井贯通的空间注浆， 至所述盾构的盾尾刷脱离所述弹簧钢板束6；

第四、所述盾构推出后，所述弹簧钢板束6回弹后紧贴在所述盾构安装 的最后一片管片的外壁并将其以外的空间分隔成两个独立空间，所述管片的 二次注浆孔和所述第一注浆孔向不与所述接收井贯通的空间同时进行洞门封 堵注浆，形成临时密封系统。

本发明的本发明的临时密封方法，待盾构到达接收井之后到盾构拆除吊 出之前的这一段时间，洞门处无法进行混凝土浇筑施工，故需要洞门临时密 封，使用本发明的临时密封装置，将其安装于预埋钢环3上，回填砂土、灌 水准备带水接收，盾构经过预埋钢环3，然后安装最后一组管片，依次将盾 构、管片外壁分隔成两个空间，盾构尾部到达预埋钢环3之后，盾构机内进 行主要注浆，洞门处预埋注浆管2的注浆作为辅助注浆，实现洞门封堵注浆， 防止水土流失形成地面塌陷，为之后的洞门的混凝土结构永久密封形成密封 基础，本发明的方法在带水接收的情况下操作简单、密封效果好，减少了人 力、物力，仅需要前期对密封装置的安装。

本发明采用的技术方案是：一种盾构隧道洞门密封装置，包括内衬墙1， 内衬墙1上设有预埋钢环3，预埋钢环3上安装有一道防水结构，防水结构 包括底座5，8层弹簧钢板，压板7及紧固螺母8。所述预埋钢环3上预留有 注浆孔。

所述防水结构底座5沿预埋钢环3端面环向一圈均匀布置并与预埋钢环 3焊接，底座5上布置有6个锥形孔，每个锥形孔固定有1个沉头螺栓4。

弹簧钢板共8层，8层1.0mm厚度65Mn弹簧钢板交错叠加安装至底座5 的沉头螺栓4上，其中内三层为基本长度，外五层逐层减短，给予弹性支撑 贴合力的密封结构设计。

每个压板7对应每个底座5，压至弹簧钢板上，并用螺母8将压板7紧 固。压板7靠径向内侧部位有一定弧度外翻。

一种利用上述盾构隧道洞门密封进行隧道接收洞门密封方法，包括以下 步骤：

(1)、完成盾构隧道洞门密封装置的安装；

(2)、接收井内回填砂土，并灌水至指定液位；

(3)、盾构机推出至盾尾刷与防水结构弹簧钢板分离；

(4)、利用管片二次注浆孔及预埋钢环3注浆孔注双液浆封堵洞门；

(5)、本发明的洞门密封装置通过弹簧钢板束6自身的弹力作用自动回 弹并压在管片上，以达到阻断地层渣土流失的目的。

本发明包括内衬墙1，内衬墙1上设有预埋钢环3和预埋注浆管2，预埋 钢环3前端面与防水结构底座5密封焊接，底座5等距离焊接于预埋钢环3 圆周一圈上，每个底座5上开孔并安装有沉头螺栓4，弹簧钢板束6交错叠 加安装在沉头螺栓4上，内三层为基本长度，外五层长度依次递减，压板7 对应底座5安装在沉头螺栓4上压紧弹簧钢板，最后拧紧固定螺母8。

通过上述盾构隧道洞门密封装置实现盾构洞门密封方法的实施步骤如 下：

(1)完成盾构内隧道洞门密封装置的安装，包括以下几步：

首先完成内衬墙1的施工，在洞门位置按照盾构始发尺寸要求，设置整 环预埋钢环3，并在内衬墙1设置预留注浆孔，对预留注浆孔进行安全防护， 防止孔道堵塞。

将密封底座5定位并密封焊接于洞门预埋钢环3端面圆周上。

将弹簧钢板第一层对应底座5螺栓进行安装，第二层弹簧钢板相对第一 层弹簧钢板沿预埋钢环3环向方位错开一个螺栓进行安装，同理，第三层弹 簧钢板相对第二层弹簧钢板错开一个螺栓进行安装，同理，后五层弹簧钢板 依次交错安装，内三层弹簧钢板为基本长度，长度最长，后五层弹簧钢板长 度依次递减。

每块压板7对应每块底座5位置，安装于沉头螺栓4上，然后安装垫片 螺母8，压紧弹簧钢板。

进行洞门凿除，凿除过程中对弹簧钢板采取保护措施，凿除完成后，对 凿除物清理。

在接收井内回填砂土，并灌水至指定液位。

(2)、盾构机的推进：盾构机推出洞门后停止刀盘转动，防止破坏密封 弹簧钢板，盾构机接触弹簧钢板后，在盾构机壁外注浆孔上注入在自身回弹 作用下，贴紧盾构机外壁，达到防止地层砂土流失的目的，盾构机推出后， 弹簧钢板在自身回弹作用下贴紧管片外壁，同时利用洞门处管片二次注浆孔 及内衬墙1上开设的预留注浆孔进行注浆封堵，形成密封系统。

注浆的作用是填充隧道管片结构与周围土体或者洞门钢环之间的空隙， 防止水土流失形成地面塌陷。洞门封堵注浆是在盾构尾部到达预埋钢环3之 后进行的。注浆主要从盾构机内进行，洞门处预埋注浆管2的注浆作为辅助 措施。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图 例。