一種頂管隧道進洞口止水裝置的制作方法

本發明涉及一種頂管隧道進洞口止水裝置，該方法可應用于電力工程，市政工程，水利工程、交通工程等領域。

背景技術：

頂管法作為一種非開挖施工方法，由于其對城市交通和環境安全影響小、技術先進、功效高、施工成本較低等突出優勢，廣泛應用于城市地下空間開發建設之中。在頂管工程中，為使管節能順利頂進，在工作井壁上預留洞口，進洞口比管節外徑略大一些，洞周與管節外表面之間有一定間隙，頂進施工時要在洞口一定范圍內對土體進行加固，同時還需采取有效措施對洞口進行密封止水，防止泥砂和潤滑漿液從洞口間隙流出。否則，將增加頂推阻力，加大功率消耗，增加施工成本，而且可導致地下水和泥砂涌出，引起地表沉降，對周邊建筑物和管線道路造成威脅，甚至可能引發安全事故。因此，洞口的密封止水是頂管施工過程中不容忽視的重要環節。目前，對頂管洞口通常采用橡膠門簾進行止水，該止水方法的止水效果不太理想，在長距離頂進過程中還經常因磨損而失效，且一般只限用于常壓土層情況。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種結構簡單、止水效果好、可靠而耐用，且適用止水壓力范圍廣的頂管隧道進洞口止水裝置。

本發明的技術方案是：

一種頂管隧道進洞口止水裝置，包括固定設置在頂管隧道進洞口的井壁上的充氣橡膠止水環安裝槽、設置在所述充氣橡膠止水環安裝槽內的柔性充氣橡膠止水環，所述充氣橡膠止水環安裝槽上還設置有連接所述充氣橡膠止水環與地面空壓泵的導氣管，在充氣狀態下，所述充氣橡膠止水環外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節的外表面緊貼。

本方案通過向充氣橡膠止水環充氣，使所述充氣橡膠止水環變形后外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節的外表面時刻保持緊貼，達到洞口密封止水的作用，這樣，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保證施工安全，同時防止頂進施工時注入的減阻泥漿流失，保證能夠形成完整有效的泥漿套，達到潤滑減阻的目的；另一方面，有助于通過充氣橡膠止水環把管節調節到洞口中心位置并具有一定導向作用，減少管節徑向偏移，還可減少橡膠止水法蘭等密封件的磨損，克服了現有技術長距離頂進過程中因磨損而失效的缺陷，除應用于常壓土層環境外，還可以用于非常壓土層情況。

進一步地，所述充氣橡膠止水環安裝槽的外形與管節的橫斷面形狀相匹配，如圓環狀或矩形等異形環狀，可廣泛適應圓形和矩形等異形斷面頂管隧道施工的進洞口密封止水需求。

進一步地，所述充氣橡膠止水環安裝槽通過安裝螺栓或高強粘合劑粘貼固定于頂管隧道進洞口的井壁上，安裝方便快捷。

進一步地，所述充氣橡膠止水環安裝槽內還設置有若干帶開關的潤滑劑注入管，所述潤滑劑注入管沿所述充氣橡膠止水環安裝槽的環向分布，并緊貼所述充氣橡膠止水環安裝槽內側壁沿徑向延伸至接近管節外表面處，通過所述潤滑劑注入管向管節外表面處注入潤滑劑，可有效減少充氣橡膠止水環與管節接觸面之間的摩擦力，降低定進阻力的同時，還能減少充氣橡膠止水環的磨損，提高充氣橡膠止水環的使用壽命。

進一步地，所述充氣橡膠止水環安裝槽外側壁與管節外表面之間的間隙內設置有用于防止注入潤滑劑漏出的L型密封圈密封，不僅可以加強洞口密封效果，還能提高潤滑劑的使用效率，減少不必要的損耗。

進一步地，所述充氣橡膠止水環與管節接觸的內側表面粘貼有尼龍等耐磨墊層，尼龍等耐磨墊層進一步保護充氣橡膠止水環表面，充氣橡膠止水環的耐磨性，防止磨損，提高使用壽命。

進一步地，所述導氣管上設置有氣壓自動保持和預警裝置，所述氣壓自動保持和預警裝置包括氣壓傳感器、電磁閥、蜂鳴器及壓力控制器等組成，用于對充氣橡膠止水環充氣腔的氣壓進行監控，當氣壓傳感器檢測到充氣橡膠止水環內氣壓低于設定的工作壓力時，壓力控制器發出信號啟動空壓泵并開啟電磁閥向充氣橡膠止水環內充氣，達到設定工作壓力后停止充氣，電磁閥關閉；當充氣橡膠止水環內氣壓出現因破裂或系統漏氣使氣壓無法充氣回升、氣壓超過安全壓力時，蜂鳴器將發出報警信號，實現對充氣橡膠止水環自動化實時監控，保證施工的可靠性和安全性。

進一步地，還包括固定設置在頂管隧道進洞口井壁與充氣橡膠止水環安裝槽之間的門簾式橡膠法蘭止水圈，進一步提高止水效果。

本發明與現有的頂管隧道進洞口止水裝置相比，具有以下特點：

1）本發明在現有門簾式進洞口止水技術的基礎上，增加了充氣橡膠止水環技術，顯著提高了頂管進洞口的止水效果。

2）本發明的充氣橡膠止水環可通過充氣變形調節其與管節外表面的接觸狀態，消除由于管節外表面不平整、橡膠環磨損產生的間隙，止水可靠性明顯提高。

3）充氣橡膠止水環在充氣狀態時有助于把管節調節到洞口中心位置且具有一定導向作用，減少管節徑向偏移，還可減少橡膠止水法蘭等密封件的磨損；在充氣橡膠止水環內側表面黏貼的尼龍襯層具有良好耐磨性。因此，本止水裝置的耐久性高。同時，充氣橡膠止水環及其安裝支架等主要部件可以重復使用。

4）本發明止水裝置的外形與頂管斷面形狀相適應，為圓環狀或矩形等異形環狀，可應用于圓形和矩形等異形斷面頂管隧道進洞口施工的密封止水。

5）在橡膠止水環導氣管上安裝氣壓自動保持和預警裝置，對止水密封的安全狀態進行監控，保證橡膠止水環內的氣壓保持在正常工作壓力范圍；當止水環內氣壓出現如止水環破裂或系統漏氣使氣壓無法充氣回升或氣壓超過安全壓力等異常現象時，將自動報警。

6）在管節與充氣橡膠止水環之間注入黃油等潤滑劑，減少管節頂進過程中其外表面對充氣橡膠止水環磨損，并增強洞口密封效果。

附圖說明

圖1為頂管隧道進洞口止水裝置實施例一的局部剖面示意圖。

圖2為頂管隧道進洞口止水裝置實施例一的右視示意圖。

圖3為頂管隧道進洞口止水裝置實施例二的局部剖面示意圖。

圖4為頂管隧道進洞口止水裝置實施例二的右視示意圖。

圖中所示為：1-預埋安裝法蘭，2-門簾式橡膠法蘭止水圈，3-充氣橡膠止水環安裝槽，4-安裝螺栓，5-充氣橡膠止水環，6-尼龍等耐磨襯層，7-氣壓自動保持和預警裝置，8-導氣管，9-潤滑劑注入管，10-井壁，11-管節，12-潤滑劑，13-L型密封圈；14-土層。

具體實施方式

為了詳細和清楚地表明本發明實施的目的和技術方案，下面將結合附圖及實例對本發明做進一步詳細說明。所述的實例僅用來說明本發明，不是本發明的全部實例，并不限制本發明保護的范圍。

實施例一

如附圖1和附圖2所示，一種頂管隧道進洞口止水裝置，包括固定設置在頂管隧道進洞口的井壁10上的充氣橡膠止水環安裝槽3、設置在所述充氣橡膠止水環安裝槽3內的柔性充氣橡膠止水環5，所述充氣橡膠止水環安裝槽3上還設置有連接所述充氣橡膠止水環5與地面空壓泵的導氣管8，本實施例的管節11橫截面為圓環形，外徑為2980mm，洞口直徑3020mm，所述充氣橡膠止水環安裝槽3及充氣橡膠止水環5的外形與管節11的橫斷面形狀相匹配，為圓環狀。

洞口設置有預埋安裝法蘭1、門簾式橡膠法蘭止水圈2，充氣橡膠止水環安裝槽3通過安裝螺栓4固定在預埋安裝法蘭1上，所述預埋安裝法蘭1、門簾式橡膠法蘭止水圈2、充氣橡膠止水環安裝槽3、充氣橡膠止水環5共同組成頂管隧道進洞口的止水系統，在充氣狀態下，所述充氣橡膠止水環5外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面緊貼。

本實施例通過向充氣橡膠止水環5充氣，使所述充氣橡膠止水環5變形后外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面時刻保持緊貼，達到洞口密封止水的作用，同時克服了現有技術長距離頂進過程中因磨損而失效的缺陷，除應用于常壓土層環境外，還可以用于非常壓土層情況。

所述充氣橡膠止水環安裝槽3內還設置有若干帶開關的潤滑劑注入管9，所述潤滑劑注入管9沿所述充氣橡膠止水環安裝槽3的環向均勻分布，并緊貼所述充氣橡膠止水環安裝槽3內側壁沿徑向延伸至接近管節11外表面處，通過所述潤滑劑注入管9向管節11外表面處注入潤滑劑，可有效減少充氣橡膠止水環5與管節11接觸面之間的摩擦力，降低定進阻力的同時，還能減少充氣橡膠止水環5的磨損，提高充氣橡膠止水環5的使用壽命。

所述充氣橡膠止水環安裝槽3外側壁與管節11外表面之間的間隙內設置有用于防止注入潤滑劑漏出的L型密封圈密封13，提高潤滑劑的使用效率，減少不必要的損耗。

所述充氣橡膠止水環5與管節11接觸的內側表面粘貼有尼龍等耐磨墊層6，尼龍等耐磨墊層進一步保護充氣橡膠止水環5表面，防止磨損，提高使用壽命。

所述導氣管8上設置有氣壓自動保持和預警裝置，所述氣壓自動保持和預警裝置包括氣壓傳感器、電磁閥、蜂鳴器及壓力控制器等組成，用于對充氣橡膠止水環5充氣腔的氣壓進行監控，當氣壓傳感器檢測到充氣橡膠止水環5內氣壓低于設定的工作壓力時，壓力控制器發出信號啟動空壓泵并開啟電磁閥向充氣橡膠止水環5內充氣，達到設定工作壓力后停止充氣，電磁閥關閉；當充氣橡膠止水環5內氣壓出現因破裂或系統漏氣使氣壓無法充氣回升、氣壓超過安全壓力時，蜂鳴器將發出報警信號，實現對充氣橡膠止水環5自動化實時監控，保證施工的可靠性和安全性。

本實施例的施工過程如下：

在洞口標定位置預埋設安裝法蘭1→固定門簾式橡膠法蘭止水圈2和充氣橡膠止水環安裝槽3并用安裝螺栓4錨定于預埋安裝法蘭1上→將充氣橡膠止水環5放置在充氣橡膠止水環安裝槽3內→頂管機頭和管節11就位→安裝氣壓自動保持和預警裝置7→向充氣橡膠止水環5預充氣0.5個大氣壓使其張開→鑿開洞口→機頭和管節11頂進→機頭外殼與充氣橡膠止水環5接觸后，環內氣壓增大到3個大氣壓的工作壓力→注入黃油潤滑劑→管節頂進直至最后一節管節→拆除洞口止水裝置→注漿封閉井壁與管節之間間隙。

本實施例的止水裝置設置有充氣橡膠止水環5，充氣橡膠止水環5設置在充氣橡膠止水環安裝槽3內，并通過導氣管8與地面空壓泵連接；在充氣狀態下，充氣橡膠止水環5外側與安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面緊貼；充氣橡膠止水環安裝槽3通過安裝螺栓把充氣橡膠止水環5固定在頂管隧道入洞口處的井壁10上，與門簾式橡膠法蘭止水圈2一起對頂管隧道入洞口進行密封；同時在管節與洞口間隙注入黃油，不僅可以加強洞口密封效果，同時還可以起到潤滑管節外表面，減小管節頂進過程中管節外表面對充氣橡膠止水環的磨損；該止水裝置適用于地下水壓較高土層14。

本實施例的充氣橡膠止水環5，內環直徑2970mm，外環直徑3200mm，橫斷截面為內外直徑分別為115mm和85mm的圓環（壁厚15mm），在環內側表面外包一層5mm耐磨尼龍襯層6；充氣橡膠止水環5充氣的充氣壓力控制為3個大氣壓，迫使其內側表面緊貼于管節外表面，外側表面緊貼于充氣橡膠止水環安裝槽3底面。這樣，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保證施工安全，并防止頂進施工時注入的減阻漿液流失，保證形成完整有效的潤滑泥漿套，達到洞口防水和注漿減阻的目的，另一方面充氣橡膠止水環5在充氣狀態調節管節到洞口中心位置，減少管節徑向偏移而減少密封件的過快磨損。此外，在管節11與洞口間隙注入黃油，以減小管節外表面頂進過程對充氣橡膠止水環的磨損，還可增強洞口密封效果。在充氣橡膠止水環5的導氣管8上，連接氣壓自動保持和預警裝置，使橡膠止水環內的氣壓保持在正常工作壓力范圍，出現充氣環磨破泄氣等異常現象時將自動報警。

實施例二

如附圖3和附圖4所示，一種頂管隧道進洞口止水裝置，包括固定設置在頂管隧道進洞口的井壁10上的充氣橡膠止水環安裝槽3、設置在所述充氣橡膠止水環安裝槽3內的柔性充氣橡膠止水環5，所述充氣橡膠止水環安裝槽3上還設置有連接所述充氣橡膠止水環5與地面空壓泵的導氣管8，本實施例的管節11橫截面為矩形，管節外周的高×寬為3500mm×3000mm，壁厚250mm；所述充氣橡膠止水環安裝槽3及充氣橡膠止水環5的外形與管節11的橫斷面形狀相匹配，呈矩形；矩形的充氣橡膠止水環安裝槽3和矩形的充氣橡膠止水環5共同組成頂管隧道進洞口的止水系統，在充氣狀態下，所述充氣橡膠止水環5外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面緊貼。

本實施例通過向充氣橡膠止水環5充氣，使所述充氣橡膠止水環5變形后外側與洞口安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面時刻保持緊貼，達到洞口密封止水的作用，同時克服了現有技術長距離頂進過程中因磨損而失效的缺陷，除應用于常壓土層環境外，還可以用于非常壓土層情況。

所述充氣橡膠止水環安裝槽3內還設置有若干帶開關的潤滑劑注入管9，所述潤滑劑注入管9沿所述充氣橡膠止水環安裝槽3的環向均勻分布，并緊貼所述充氣橡膠止水環安裝槽3內側壁沿徑向延伸至接近管節11外表面處，通過所述潤滑劑注入管9向管節11外表面處注入潤滑劑，可有效減少充氣橡膠止水環5與管節11接觸面之間的摩擦力，降低定進阻力的同時，還能減少充氣橡膠止水環5的磨損，提高充氣橡膠止水環5的使用壽命。

所述充氣橡膠止水環安裝槽3外側壁與管節11外表面之間的間隙內設置有用于防止注入潤滑劑漏出的L型密封圈密封13，提高潤滑劑的使用效率，減少不必要的損耗。

所述充氣橡膠止水環5與管節11接觸的內側表面粘貼有尼龍等耐磨墊層6，尼龍等耐磨墊層進一步保護充氣橡膠止水環5表面，防止磨損，提高使用壽命。

所述導氣管8上設置有氣壓自動保持和預警裝置，所述氣壓自動保持和預警裝置包括氣壓傳感器、電磁閥、蜂鳴器及壓力控制器等組成，用于對充氣橡膠止水環5充氣腔的氣壓進行監控，當氣壓傳感器檢測到充氣橡膠止水環5內氣壓低于設定的工作壓力時，壓力控制器發出信號啟動空壓泵并開啟電磁閥向充氣橡膠止水環5內充氣，達到設定工作壓力后停止充氣，電磁閥關閉；當充氣橡膠止水環5內氣壓出現因破裂或系統漏氣使氣壓無法充氣回升、氣壓超過安全壓力時，蜂鳴器將發出報警信號，實現對充氣橡膠止水環5自動化實時監控，保證施工的可靠性和安全性。

本實施例的施工過程如下：

在洞口標定位置固定矩形的充氣橡膠止水環安裝槽3→將充氣橡膠止水環5放置充氣橡膠止水環安裝槽3內并曲繞成矩形環狀→頂管機頭和管節11就位→安裝氣壓自動保持和預警裝置7→向充氣橡膠止水環5預充氣0.5～0.7個大氣壓使其張開→鑿開洞口→機頭和管節11頂進→機頭外殼與充氣橡膠止水環5接觸后，環內氣壓增大到3個大氣壓的工作壓力→注入黃油潤滑劑→管節11頂進直至最后一環管節→拆除洞口止水裝置→注漿封閉井壁與管節11之間間隙。

本實施例的止水裝置設置有充氣橡膠止水環5，充氣橡膠止水環5設置在充氣橡膠止水環安裝槽3內，并通過導氣管8與地面空壓泵連接；在充氣狀態下，充氣橡膠止水環5外側與安裝槽底緊貼，內側與管節11的外表面緊貼；充氣橡膠止水環安裝槽3通過安裝螺栓把充氣橡膠止水環5固定在頂管隧道入洞口處的井壁10上，與門簾式橡膠法蘭止水圈2一起對頂管隧道入洞口進行密封；同時在管節與洞口間隙注入黃油，不僅可以加強洞口密封效果，同時還可以起到潤滑管節外表面，減小管節頂進過程中管節外表面對充氣橡膠止水環的磨損；該止水裝置適用于地下水壓較高土層14。

本實施例的充氣橡膠止水環5，外形做成矩形環狀，外環高×寬=3750mm×3250mm，內環高×寬=3490mm×2990mm，橫斷截面為內外直徑分別為130mm和100mm的圓環（壁厚15mm），在環內側表面外包一層5mm耐磨尼龍襯層6；充氣橡膠止水環5充氣的充氣壓力控制為3個大氣壓，迫使其內側表面緊貼于管節外表面，外側表面緊貼于充氣橡膠止水環安裝槽3底面。這樣，一方面可防止地下水和泥砂涌出引起地面坍塌，保證施工安全，并防止頂進施工時注入的減阻漿液流失，保證形成完整有效的潤滑泥漿套，達到洞口防水和注漿減阻的目的，另一方面充氣橡膠止水環5在充氣狀態調節管節到洞口中心位置，減少管節徑向偏移而減少密封件的過快磨損。此外，在管節11與洞口間隙注入黃油，以減小管節外表面頂進過程對充氣橡膠止水環的磨損，還可增強洞口密封效果。在充氣橡膠止水環5的導氣管8上，連接氣壓自動保持和預警裝置7，使充氣橡膠止水環5內的氣壓保持在正常工作壓力范圍，出現充氣環磨破泄氣等異常現象時將自動報警。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。