一种工作井顶管进出洞防渗止水装置及其施工方法

本发明涉及建筑施工的顶管领域，具体为一种工作井顶管进出洞防渗止水装置及其施工方法。

背景技术：

1、顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道施工方式，具有适应复杂地质条件、施工速度快、无需大面积开挖支护、适用于长距离施工和施工过程可控性强等特点，现已成为城市地下管道非明挖施工的主要手段。

2、在顶管施工过程中发现，洞口止水装置是保证顶管顺利顶进的重要一环，但这也通常是顶管施工的薄弱环节。如果顶管穿过工作井的止水措施没有做好，轻则影响工作井作业，重则会造成洞口处地表塌陷，威胁到人员和周围构筑物的安全。因此，采取有效的止水措施，防止地下水和泥沙涌进工作井中在整个施工过程中至关重要。

3、目前的研究公开了大量关于顶管进出洞止水的技术方案，如申请号为202010783191.9的文献公开的顶管井出洞组合式止水系统，如申请号为202210615824.4的文献公开的一种沉井法施工顶管始发井洞口止水装置及施工方法等等，都可以有效处理顶管进出洞的止水问题。但是目前技术普遍忽略了一些问题：1、顶管长距离顶进时，容易导致环形弹性门帘由于磨损而无法正常使用；2、顶管顶进施工，技术人员需要面对的工况复杂多变，目前的装置缺少预警功能，无法对不同的出水状况进行相应预警；3、在顶管顶进过程中，止水装置失效后，需要及时对渗流进来的水和泥沙进行处理，否则工程会存在安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种工作井顶管进出洞防渗止水装置及其施工方法。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，该装置包括润滑机构、封闭机构、预警机构、集水机构、套筒构件、充气管道和注浆管道；

3、所述封闭机构包括环形弹性门帘、环形刚性垫环、刚性折页压板、环形弹性圈、螺钉和止水螺栓；所述预警机构包括水浸传感器、支撑杆、感应线圈、第一声光报警器和第二声光报警器；所述集水机构包括集水井、排水管道、排水闸阀和储水区；

4、环形弹性门帘的外圈通过环形刚性垫环与止水螺栓的紧密配合密封固定于套筒构件的出口端处；环形刚性垫环设置于环形弹性门帘的外圈边缘处，使得环形弹性门帘受力均匀；刚性折页压板的一端通过螺钉固定于环形刚性垫环上，另一端与环形弹性门帘接触，用于在顶管的顶进过程中为环形弹性门帘提供支撑；环形弹性圈的外圈沿周向固定在套筒构件的环形内壁上，位于套筒构件的内部；

5、支撑杆的底端安装于套筒构件的环形内壁的底部；水浸传感器的探头安装于支撑杆的顶端；水浸传感器与第一声光报警器通讯连接，用于当水浸没水浸传感器时，第一声光报警器发出警报；充气管道沿轴向设置于套筒构件的内壁和外壁之间的密闭空间中，一端与外界的供气泵连通，另一端与环形弹性圈连通，用于给环形弹性圈充气；未充气的环形弹性圈不接触顶管的外壁；充气后的环形弹性圈紧密接触顶管的外壁，增强封闭机构的密封止水效果；

6、感应线圈设置于环形弹性门帘的与顶管接触的部位，感应线圈与第二声光报警器通讯连接；当环形弹性门帘的内壁损坏至感应线圈的位置处时，感应线圈将信号传递至第二声光报警器，第二声光报警器发出警报；第一声光报警器和第二声光报警器均设置在外界的中控室中；

7、润滑机构通过密封件密封安装在套筒构件的内部，位于套筒构件的入口端处，用于对顶管的外壁进行润滑，减轻环形弹性门帘的磨损；注浆管道沿轴向设置于套筒构件的内壁和外壁之间的密闭空间中，始端与外界的注浆机连接，末端预留在环形弹性门帘与土体的连接处，用于在环形弹性门帘损坏时，通过注浆机对注浆管道的末端位置进行注浆，起到临时封堵的作用；

8、储水区是套筒构件的内壁的底部与水浸传感器的下方之间的区域；排水管道的一端与储水区的底部连通，另一端与集水井连通，用于将储水区中的水排除并收集在集水井中，进而再排出工作井；排水管道上设置有排水闸阀，用于控制储水区的水是否排出。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

10、(1)本发明通过润滑机构满足了顶管长距离顶进的工作需求；当顶管施工过程工作井出现渗水漏水现象，本装置能够及时提供警报和通知，帮助工作人员采取适当的行动，解决故障，消除安全隐患，解决了环形弹性门帘止水效果不佳时无法分工况自动预警、渗流进来的水和泥沙无法处理等问题，最大程度确保施工顺利进行。

11、(2)本发明设置有润滑机构，实现了对顶管均匀全面的润滑。顶管外壁经过全方位润滑后，减轻了环形弹性门帘由于顶管长时间顶进造成的磨损，延长环形弹性门帘的使用寿命，减少环形弹性门帘的更换次数，缩短施工周期。

12、环形弹性滚涂构件自适应顶管大小、顶管顶进时自动喷洒润滑液、施工过程环形弹性滚涂构件旋转运动实现滚涂润滑。

13、(3)本发明设置有封闭机构，采用环形弹性门帘和环形弹性圈两道止水措施进行封闭，系统性应对施工过程中不同工况下顶管洞口止水不佳的情况。

14、(4)本发明设置有预警机构，在顶管顶进过程中，若装置出现止水效果不佳的情况，预警机构可根据不同的工况发出相应的预警，从而方便工作人员精准判断出水原因，及时采取装置预留的措施对不同故障进行修理。

15、(5)本发明设置有集水机构，当装置密封止水效果不佳或者工作人员修理装置期间，渗流进来的水和泥沙可首先在储水区进行储存并为预警机构提供报警条件，故障排除后，将收集的水排出装置，从而有效消除了由于水和泥沙直接进入工作井造成的安全隐患。

16、(6)套筒构件的使用，能够将润滑机构、封闭机构、预警机构、集水机构系统性的整合。套筒构件整体为钢制构件，预埋在工作井井壁的预留洞口处，作为顶管进出的洞口，起到横向加固和支撑作用，同时临时封堵拆除后也不会对洞口造成破坏，保持预留洞口的规整、美观，减少凿除临时封堵的处理难度，有效解决了传统混凝土洞口在长时间使用后防渗效果不好的问题，避免工作井出现裂缝和渗漏现象，提高了装置的稳定性。

17、(7)本发明系统性实现顶管润滑防止装置损坏、密封止水、施工过程中进水后自动预警并判断出水原因、工作人员采取预留措施处理故障、处理完成后将进入的水收集排出的全过程施工工艺。施工工艺方便快捷，稳定可靠，可操作性强。

18、(8)本装置各个机构均为预制构件，可快速适配不同外形的工作井，而且装置组装完成便可使用，缩短施工周期。工程结束，除套筒构件外，装置其余部分均可拆卸回收再利用，可节约成本。

技术特征：

1.一种工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，该装置包括润滑机构(1)、封闭机构(2)、预警机构(3)、集水机构(4)、套筒构件(5)、充气管道(7)和注浆管道(8)；

2.根据权利要求1所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，套筒构件(5)为中空的圆柱体构件，两端底面圆处分别为入口端和出口端。

3.根据权利要求1所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，该装置还包括法兰(6)；法兰(6)分别焊接在套筒构件(5)的入口端和出口端，在混凝土浇筑工作井时，将法兰(6)提前预埋在工作井井壁指定位置，防止在后期破除套筒构件(5)的临时封堵时，装置由于受力过大出现移动的现象，法兰(6)增加了装置的稳定性。

4.根据权利要求1所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，感应线圈(3-3)处设置有橡胶保护层，用于保护感应线圈(3-3)在正常工况下不会被破坏。

5.根据权利要求1所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，排水管道(4-3)的入口处设置有滤网(4-2)。

6.根据权利要求1所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，所述润滑机构(1)包括环形弹性滚涂构件(1-1)、环形润滑套筒(1-2)、弹性伸缩件(1-3)、球形喷洒口(1-4)、环形润滑管道(1-5)、按压开关(1-6)、连接管(1-7)和供液管道(1-8)；

7.根据权利要求6所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，环形弹性滚涂构件(1-1)为可伸缩弹性圆环，外表面设置有吸油棉。

8.根据权利要求6所述的工作井顶管进出洞防渗止水装置，其特征在于，若干个弹性伸缩件(1-3)沿环形弹性滚涂构件(1-1)的周向均布于环形弹性滚涂构件(1-1)与环形润滑套筒(1-2)之间；若干个球形喷洒口(1-4)沿环形润滑套筒(1-2)的周向均匀固定在环形润滑套筒(1-2)的内壁上。

9.一种权利要求1-8任一所述工作井顶管进出洞防渗止水装置的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，步骤1的具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种工作井顶管进出洞防渗止水装置及其施工方法。该装置包括润滑机构、封闭机构、预警机构、集水机构、套筒构件、充气管道和注浆管道；所述封闭机构包括环形弹性门帘、环形刚性垫环、刚性折页压板、环形弹性圈、螺钉和止水螺栓；所述预警机构包括水浸传感器、支撑杆、感应线圈、第一声光报警器和第二声光报警器；所述集水机构包括集水井、排水管道、排水闸阀和储水区。本发明通过润滑机构满足了顶管长距离顶进的工作需求；当顶管施工过程工作井出现渗水漏水现象，本装置能够及时提供警报和通知，帮助工作人员采取适当的行动，解决了环形弹性门帘止水效果不佳时无法分工况自动预警、渗流进来的水和泥沙无法处理等问题。

技术研发人员：肖成志,秦自超,王清洲,马士宾,司小雷,孙志杰
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9