一种盾构始发密封装置及方法
技术领域
本公开属于盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构始发密封装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
近几年，隧道的发展逐渐引入了盾构法施工，已经成为国内外各大城市交通发展的重要组成部分。它具有运量大、速度快、噪音小、污染轻等优点。并现已成为我国隧道设计施工最主要的施工方法。
盾构施工主要分为三个阶段，始发、正常掘进、接收。其中盾构始发洞门密封施工是保证盾构安全始发、正常掘进的关键一步。目前盾构始发密封装置主要在加固端头洞门外安设一道折板式橡胶止水帘布、洞门外安设两道折板式橡胶止水帘布用钢套筒；橡胶止水帘布环套在盾构机外部，其外圆侧与加固端头洞门的内壁固定并实现密封；其内圆侧分布通过钢套筒压紧在盾构机外侧面处。
发明人了解到，现有的这些密封装置无法达到预期的密封效果，不得不增加弧形压板、洞门冷冻、地面降水等辅助措施才可以保证盾构始发的安全进行。
同时，因为由于盾构机本身的构造情况，刀盘直径>盾壳直径>管片直径，因此随着盾构机始发入洞，盾构始发过程中也极易发生漏水、漏浆等现象，从而导致一系列事故的发生。针对这一问题，现在的解决办法局限于人工机械化的去改变橡胶止水帘布的大小，这种方法耗时耗力。
发明内容
本公开的目的是提供一种盾构始发密封装置及方法，能够至少解决上述技术问题之一。
为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：一种盾构始发密封装置，包括与盾构机同轴的支撑环，支撑环的内腔安装有防水帘套和密封膜袋，防水帘套的外圆侧壁与支撑环内壁之间密封，防水帘套及密封膜袋环套在盾构机外部，密封膜袋能够充入流体以实现自身膨胀，进而将防水帘套的内圆侧压紧在刀盘或盾壳的外圆面处。
作为进一步改进，所述支撑环的内腔中设有钢丝刷，钢丝刷设置在支撑环背离待掘进地层的一端钢丝绳的外圆端面与支撑环的内壁固定，钢丝刷的内圆端面能够压紧在管片的外圆面处；支撑环的内腔通过注脂管与注脂组件连通。
本公开的第二方面提供一种盾构始发的密封方法，包括以下步骤：
安装所述的盾构始发密封装置；
刀盘未掘进时，防水帘套与刀盘接触，充水使得密封膜袋膨胀，密封膜袋挤压防水帘套，实现刀盘与支撑环之间的密封；
刀盘完全掘进入地层后，防水帘套与盾壳接触，进一步向密封膜袋充水，密封膜袋挤压防水帘套，实现盾壳与防水帘套之间的密封。
本公开的第三方面提供一种盾构始发的密封方法，包括以下步骤：
安装所述的盾构始发密封装置；
刀盘未掘进时，防水帘套与刀盘接触，充水使得密封膜袋膨胀，密封膜袋挤压防水帘套，实现刀盘与支撑环之间的密封；
刀盘完全掘进入地层后，防水帘套与盾壳接触，进一步向密封膜袋充水，密封膜袋挤压防水帘套，实现盾壳与防水帘套之间的密封；
盾壳随刀头前进设定距离后，钢丝刷与管片接触，从注脂组件向管片的外圆面注脂，使得管片的外部均匀涂有油脂；
管片随刀盘进入地层后，油脂实现管片外圆与掘进孔洞之间的密封。
以上一个或多个技术方案的有益效果：
采用密封膜袋结构，能够通过向密封膜袋中填充或者回抽流体，来控制密封膜袋的膨胀与收缩，当防水帘套从刀盘处转移至盾壳处时，能够利用密封膜袋的膨胀改变防水帘套内孔的大小，使得防水帘套与盾构机刀盘、盾壳之间始终保持密封；减少了手动调节防水帘套大小所浪费的时间；避免了以往方法由于盾构机本身刀盘直径大于盾构机其他部分及管片直径而造成的密封性不好的缺点，很好的保障了盾构机始发过程中的密封性。
采用钢丝刷与注脂组件的组合结构，当管片随刀盘掘进运动至设定距离后，能够通过注脂组件向管片的外圆侧面注射油脂，然后通过钢丝刷的导向及阻挡作用，使得油脂依次均匀的涂抹在管片的外圆面处，避免采用手工涂抹油脂造成的时间与人力消耗。提高油脂涂抹效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本公开实施例中防水帘套与刀盘接触时的示意图；
图2为本公开实施例中防水帘套与盾壳接触时的示意图；
图3为本公开实施例中密封膜袋与防水帘套等部分结构的示意图。
图中，1、地层；2、加固区；3、注水组件；4、注脂组件；5、支撑环；6、刀盘；7、盾壳；8、管片；9、防水帘套；10、钢刷；11、间隙；12、密封腔；13、密封膜袋。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本公开中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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公开的限制。
如图1盾构机始发施工示意图所示，当盾构机始发时，刀盘首先进入支撑环5，然后至地层时掘进入洞。盾构机本身刀盘直径大于盾构机其他部分的径向尺寸。因此，随着盾构机始发入洞的过程，洞口的密封性会越来越差。就像图中所示，刀盘直径>盾壳直径>管片直径，因此如果密封装置是固定的，那么随着掘进比会发生漏水、漏浆的问题。而传统的方法是人工、物理机械化的改变防水帘套的尺寸来保证始发过程中的密封性，耗时长、风险大、密封性也不好。本发明就是通过流体充压膨胀的方式使密封装置实时的与盾构机掘进过程中的各个部位保持紧密接触，而且当拼装到零环管片时，在盾尾和管片之间注入密封油脂，然后在管片的外圆均匀涂抹油脂，从而保证了整个始发过程的密封性。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例提供一种盾构始发密封装置，包括与盾构机同轴的支撑环5，支撑环5的内腔安装有防水帘套9和密封膜袋13，防水帘套9的外圆侧壁与支撑环5内壁之间密封，防水帘套9及密封膜袋13环套在盾构机外部，密封膜袋13能够充入流体以实现自身膨胀，进而将防水帘套9的内圆侧压紧在刀盘6或盾壳7的外圆面处。
可以理解的是，现有技术中，盾构始发洞门处一般设置加固区域2，并形成加固端头洞门，本实施在采用该部分结构的基础上，在加固端头洞门中固定安装支撑环，此处的支撑环为筒状结构，在轴线方向有较长的延伸。
本实施例中，支撑环为钢环结构，在其他实施方式中，也可以采用其他金属材质或者塑料材质，只要能够满足需要即可，可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。
所述防水帘套9的外圆侧与支撑环5的内壁面固定连接，并实现密封。
需要指出的是，在本实施例中防水帘套用于配合支撑环实现加固端头洞门处的密封，可以理解的是，本实施例中的防水帘套可以采用现有技术中的橡胶止水帘布结构，只要在防水帘套一侧的外部环套设置环状的密封膜袋即可。
在实施例中，为了便于密封膜袋压紧防水帘套，将防水帘套9包括内套段和外套段，内套段为圆筒形，外套段为锥筒形，所述密封膜袋13套设在内套段与支撑环5的内壁面之间。此处的圆筒段与锥筒段可以一体成型，也可以分开制造后固定连接并实现密封。
所述密封膜袋13为橡胶材质，密封膜袋13的进口与外部压力水源连通。
可以理解的是，本实施例中密封膜袋能够实现膨胀，则其因采用弹性材质，在本实施例中提供的橡胶材质之外，本领域技术人员也可以采用其他材质，只要能够满足使用要求即可。
所述支撑环5的内腔中设有钢丝刷10，钢丝刷10设置在支撑环5背离待掘进地层1的一端钢丝绳的外圆端面与支撑环5的内壁固定，钢丝刷10的内圆端面能够压紧在管片8的外圆面处；支撑环5的内腔通过注脂管与注脂组件4连通。
所述密封膜袋13具有内腔，密封膜袋13的内腔通过注水管与注水组件3连通，注水组件3与外界水源连通。
可以理解的是，为了在防水帘套与盾壳脱离接触后管片处的油脂能够立刻与始发洞门处的内壁接触，实现管片与始发洞门之间的密封，在本实施例中，防水帘套9靠近待掘进地层1的一端与待掘进的地层1平齐。
可以理解的是，本实施例中的密封膜袋的膨胀能够实现防水帘套的压紧，为了实现密封膜袋的定位，密封膜袋13的外圆侧面与支撑环5的内壁面固定。此处的可以采用连接件间接固定，也可以采用胶粘等方式直接固定，可以由本领域技术人员自行设置。
实施例2
本实施例提供一种盾构始发的密封方法，利用了所述的盾构始发密封装置，包括以下步骤：
安装所述的盾构始发密封装置；具体的，外置支撑环及其防水帘套、钢丝刷的安置。在盾构机始发洞口处周围进行加固，并在加固区2周围设置一圈外置支撑环5(直径要大于盾构机刀盘直径)，在支撑环5内部设置一圈防水帘套9及一道钢丝刷10。而且需要在防水帘套上贴止水胶条，来更好地保证密封性。
刀盘6未掘进时，防水帘套9与刀盘6接触，充水使得密封膜袋13膨胀，密封膜袋13挤压防水帘套9，实现刀盘6与支撑环5之间的密封；刀盘6完全掘进入地层1后，防水帘套9与盾壳7接触，进一步向密封膜袋13充水，密封膜袋13挤压防水帘套9，实现盾壳7与防水帘套9之间的密封。还需要在盾壳尾部与管片之间的间隙11处涂抹油脂，避免始发洞门处，涌出的水从该处进入盾壳内腔。
具体的，如图一所示，防水帘套与盾构机刀盘6紧密接触，而钢丝刷与盾壳7紧密接触。此阶段通过注水组件3向膨胀型密封膜袋13注水并保持水压，使其充填注水腔12，来保证防水帘套9与盾构机刀盘保持紧密接触，而注脂组件4保持关闭。随着盾构机掘进，当刀盘6进入地层1而盾壳7进入支撑环5，虽然刀盘直径>盾壳直径，但是通过液压注水的方式可以很好的使防水帘套9与盾构机紧密接触，防止始发洞口漏水、漏浆，保证始发过程的密封性。
实施例3
本实施例提供一种盾构始发的密封方法，与实施例2中提供的方法基本相同，区别点在于，为了减少人手工涂抹油脂浪费的时间：
盾壳7随刀头前进设定距离后，钢丝刷10与管片8接触，从注脂组件4向管片8的外圆面注脂，使得管片8的外部均匀涂有油脂；管片8随刀盘6进入地层1后，油脂实现管片8外圆与掘进孔洞之间的密封。
具体的，盾构机掘进至拼装零环管片时如图二所示，刀盘6已进入地层1，防水帘套9与盾壳7尾部紧密接触，钢丝刷10与管片8紧密接触。此阶段需打开注脂组件4，打入密封油脂来填充盾壳与管片之间的间隙11以及管片的外圆面，保证盾尾与管片8之间密封性良好。直到盾尾进入加固区支撑环5一半左右时，即可关闭注脂组件4，停止向防水帘套和钢丝刷之间注入密封油脂并开启同步注浆，结束始发。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
