一种盾构机盾尾刷更换伸缩钢环、密封结构及更换方法

摘要

本发明提供一种盾构机盾尾刷更换伸缩钢环、密封结构及更换方法，所述密封结构包括机体、伸缩钢环、千斤顶以及设置于机体尾部内的管片，管片与尾部内壁之间还设有密封刷，千斤顶设置于尾部内，并与管片可伸缩连接，伸缩钢环设置于千斤顶和管片之间，伸缩钢环一端与千斤顶固定连接，其另一端向管片方向延伸；采用上述方案可以使得密封结构与盾尾内侧紧密接触，保证其密闭性，该结构简单，实用性强；采用上述盾尾刷更换方法，可以对盾尾刷更换期间发生的漏浆情况及时进行处理，防止漏浆事态的进一步扩大，减少更换时间。

说明书

技术领域

本发明属于盾构设备的维修技术领域，具体涉及一种盾构机盾尾刷更换伸缩钢环、密封结构及更换方法。

背景技术

现有的盾构机在管片前移或盾尾刷更换过程中，受外部水压力可能导致盾尾漏水漏砂，从而导致盾尾刷更换无法进行；并且由于更换时间比较长，在更换过程中可能发生再次漏浆的情况；在管片前移过程中发生漏水漏砂，应立即将管片恢复，对盾尾进行补充注浆后再前移进行盾尾刷更换，然而针对盾尾刷更换期间，此时发生漏浆将不容易处理；另外，盾构掘进时，地层经过扰动后，掌子面不稳定，随着停机时间越长，地下水进入土仓，土仓压力逐渐增大；并且在更换尾刷时，部分千斤顶无法顶到管片，盾构机将在土仓压力下产生后退，从而影响尾刷的更换。

基于上述盾构机工作中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种盾构机密封结构，旨在解决现有盾构机尾部密封困难问题。

本发明提供一种盾构机尾部盾尾刷更换伸缩钢环，包括钢环本体和伸缩杆；伸缩杆一端设置于钢环本体内，并可沿钢环本体的一端伸缩运动；钢环本体的另一端设有安装板，安装板上设有螺栓孔；伸缩杆的另一端上设有抵挡部。

进一步地，还包括密封带；抵挡部包括铁板、弹性件和防水件；弹性件设置于伸缩杆可伸缩的端部，防水件设置于弹性件的外端；铁板沿伸缩杆伸缩方向设置且和弹性件连接；密封带设置于防水件上，且与防水件连接；密封带包括三道；铁板厚度为10mm。

相应地，本发明还提供一种盾构机密封结构，包括有伸缩钢环；还包括机体、千斤顶以及设置于机体尾部内的管片；伸缩钢环为上述所述的伸缩钢环；管片与尾部内壁之间还设有密封刷；千斤顶设置于尾部内，并与管片可伸缩连接；伸缩钢环设置于千斤顶和管片之间；伸缩钢环一端与千斤顶固定连接，其另一端向管片方向延伸。

进一步地，还包括钢板束，钢板束设置于尾部的末端，并且钢板束向尾部外侧倾斜。

进一步地，密封刷为盾尾刷，盾尾刷包括三道；三道盾尾刷沿盾构机掘进方向并排设置于管片与尾部内壁之间。

进一步地，每相邻两道盾尾刷之间设有密封腔，密封腔内注有盾尾油脂。

进一步地，管片包括多块；多块管片设置于机体尾部内；多个管片与盾尾刷并排设置。

本发明还提供一种盾构机盾尾刷更换方法，旨在解决现有盾构机尾部盾尾刷更换困难问题。

提供一种盾构机盾尾刷更换方法，包括上述所述的伸缩钢环；还包括以下步骤： S1：往盾构机尾部壁后壁后注浆，阻塞盾尾漏水，收回固定在管片上的撑靴；

S2：拆除管环内第一位置上的第一管片和第二管片，并将第一位置上的撑靴安装伸缩钢环；

S3：清除第一位置上的旧盾尾刷，并判断是否漏水；若没有漏水则直接将新盾尾刷焊接至原旧盾尾刷的位置上，并涂上盾尾油脂；若存在漏水则将伸缩钢环伸出堵住漏水位置，再次对壁后注浆；

S4:将管环内第二位置上的第三管片移动至原管环内第一位置上，并依次清理第二位置上的盾尾刷；

S5：每次清理完管片处的盾尾刷后返回至步骤S3，直至最后一块管片处的盾尾刷更换完。

通过采用以上技术方案，可以使得密封结构与盾尾内侧紧密接触，保证其密闭性，该结构简单，实用性强；采用上述盾尾刷更换方法，可以对盾尾刷更换期间发生的漏浆情况及时进行处理，防止漏浆事态的进一步扩大，减少更换时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图 1 为本发明一种盾构机剖视图；

图2 为图1局部C放大示意图；

图3 为本发明一种盾构机外壁结构示意图；

图4 为图3局部B状态一放大示意图；

图5 为图3局部B状态二放大示意图；

图6 为图3局部B状态三放大示意图；

图7 为本发明伸缩钢环结构示意图；

图8 为本发明伸缩钢环结构示意图；

图9 为本发明伸缩钢环结构示意图；

图10 为本发明伸缩钢环结构示意图；

图11 为本发明盾尾刷更换前结构示意图；

图12 为本发明盾尾刷更换状态一示意图；

图13 为本发明盾尾刷更换状态二示意图；

图14 为本发明盾尾刷更换状态三示意图；

图15 为本发明盾尾刷更换状态四示意图；

图16 为本发明盾尾刷更换状态五示意图；

图17 为本发明盾尾刷更换状态六示意图；

图18 为本发明盾尾刷更换状态七示意图；

图19 为本发明一种盾构机盾尾刷更换方法实施例一流程图。

图中：1、机体；2、尾部；21、盾尾刷；22、钢板束；23、千斤顶；24、管片；25、伸缩钢环；251、螺栓孔；252、铁板；253、密封带；254、防水件；255、弹性件；256、伸缩杆；257、钢环本体；3、地层；4、砂浆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

相应地，结合上述方案，如图7至图10所示，一种盾构机尾部盾尾刷更换用的伸缩钢环，包括密封带253、钢环本体257和伸缩杆256；伸缩杆256一端设置于钢环本体257内，并可沿钢环本体257的一端伸缩运动；钢环本体257的另一端设有安装板，安装板上设有螺栓孔251；伸缩杆256的另一端上设有抵挡部；进一步地，抵挡部包括铁板252、弹性件255和防水件254；弹性件255沿竖直方向设置于伸缩杆256可伸缩的端部，防水件254沿竖直方向设置于弹性件255的外端；铁板252沿伸缩杆256伸缩方向设置且和弹性件255连接，其主要起到抵挡砂浆等杂物污染伸缩杆；密封带253设置于防水件254上，且与防水件254连接，密封带253包括三道；铁板252的厚度为10mm；主要可以起到密封的作用。

优选地，结合上述方案，如图4至图6所示，伸缩钢环总长基本长度范围为h4为600mm至900mm，本实施例中选为880mm，其中液压缸缸筒长750mm，千斤顶最大顶伸长度可达1500mm；伸缩钢环铁板外侧有弹性件和防水件两层，厚度均为5mm，弹性件255上设有弹性材料，防水件254上设有防水材料；防水材料表面超过管片表面4mm，且其表面有三道密封圈，可以与尾部2内侧紧密接触，保证其密闭性；在更换盾构机盾尾刷期间，由于压力过大或者注浆隔水时间不够，造成盾尾泥浆泄漏，因此，可以采用液压伸缩钢环来及时封堵漏浆处，然后在其相邻环的管片内（十环）注聚氨酯浆液，加固其防水效果，待漏浆情况停止后，将液压伸缩钢环收回，继续进行盾尾刷更换。

如图 1至图18所示，本发明提供一种盾构机密封结构，包括有上述所述的伸缩钢环；还包括机体1，机体1包括尾部2；尾部2内设有千斤顶23以及沿机体1横向设置的管片24；其中，管片24与尾部2内壁之间还设有密封刷，密封刷一般为不锈钢丝材料制成；千斤顶23沿机体1横向设置于尾部2内，千斤顶23与管片24可伸缩连接，以在盾构机尾部更换密封刷时，能够对尾部管环内漏水进行封堵；通过采用上述密封结构方案，使得盾构机尾部能够起到很高密封作用，避免盾构机在掘进工作时砂浆跑入尾部内，影响盾构机的工作，造成安全隐患。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本发明提供一种盾构机密封结构还包括钢板束22；钢板束22通过螺栓固定设置于尾部2的末端；并且为了使盾构机工作时，侧边砂层3的砂浆4不落入尾部2内，尾部2上的钢板束22向尾部2外侧倾斜翘起，这样砂浆4就可以在钢板束22的作用下向外侧抛，不会直接从尾部2和管片24之间的缝隙进入尾部2内。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，密封刷为盾尾刷21，盾尾刷21包括三道；三道盾尾刷21沿盾构机掘进方向A并排设置于管片24与尾部2内壁之间，并且每相邻两道盾尾刷21之间设有密封腔；为进一步地，密封腔内注有盾尾油脂，这样可以有效保证盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出，同时防止地下水渗漏到盾构机内，如果盾尾密封性能不良，会对在此情况下的盾构施工造成不利影响，情况严重时会存在巨大的施工风险，因此一旦发现盾尾刷较大范围的损坏，就需要根据此地层的情况，及时安排盾尾刷更换。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，管片24包括多块，多块具体可以包括二至六块；多块管片24沿机体1横向设置于机体1的尾部2内；多块管片24与盾尾刷21并排设置，并且盾尾刷21沿水平方向不超出多块管片24的水平范围，即盾尾刷21需设置于在管片24的范围内，这样在更换盾尾刷21时，不至于使管片外漏。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本发明提供一种盾构机密封结构还包括伸缩钢环25；伸缩钢环25设置于千斤顶23和管片24之间；伸缩钢环25一端通过螺栓与千斤顶23固定连接，其另一端向管片方向延伸，这样当更换盾尾刷时，如果存在漏水可以通过液压伸缩钢环伸缩，压紧漏浆出的管片，形成相对密闭空间，以进行封堵；进一步地，伸缩钢环25上设有伸缩杆256和螺栓孔251；伸缩杆256向管片2方向延伸一端设有弹性件255和防水件254，弹性件255上设有弹性材料，防水件254上设有防水材料；防水件254设置于弹性件255的外侧；伸缩杆256上端还设有铁板252和密封带253；密封带253设置于防水件254的上端；进一步地，铁板252一端与弹性件255上的连接，其另一端向伸缩钢环25螺栓孔251一端延伸；密封带253固定在防水材料上，长度等于防水材料的宽度，并且密封带253一端和防水件254连接，其另一端向伸缩钢环25螺栓孔251一端延伸，并且搭设在铁板252上，铁板252长于密封带253。

优选地，结合上述方案，如图4至图6所示，本实施例中，密封刷为盾尾刷21，盾尾刷21包括三道；管片24包括第一环管片III、第二环管片II以及第三环管片I；根据第一道盾尾刷距离千斤顶23的位置尺寸，需（留出）拆除第一环管片III才使盾尾刷露出，千斤顶最大的行程为2000mm（含千斤顶自身距离），第一道盾尾刷距千斤顶的安装距离h1为2000mm，第三道盾尾刷距千斤顶的安装距离h2为2865mm，千斤顶的自身距离h5距离为1160，相邻两道盾尾刷距离h3为325mm；对于1200mm管片，千斤顶最少需要伸出1750mm；对于1500mm管片，最少需要伸出2000mm（均取决于管片的安装位置）；若以千斤顶最大伸长距离为2000mm，不足以使第一道盾尾刷露出，因此可以结合伸缩钢环来伸长距离或采用不同规格千斤顶伸长距离来补偿；进一步地，千斤顶收缩，拼装管片中，盾构机掘进，当千斤顶伸长1160mm时，第一道盾尾刷完全进入第一环管片III内，此时距离第一道盾尾刷距离为1165mm，因此，伸缩钢环的基本长度范围h4为600mm~900mm；通过研究盾构机的尺寸、千斤顶的长度，三道盾尾刷的尺寸、位置，管片拼装机的作业距离及范围，来确定千斤顶推进行程及管片拆除拼装的方法。同时，针对不同厂家型号的盾构机，其千斤顶推进行程的计算结果将不同。

相应地，结合上述方案，如图16所示，本发明还提供一种盾构机盾尾刷更换方法，包括上述所述的伸缩钢环，还包括以下步骤：

S1：往盾构机尾部壁后壁后注浆，阻塞盾尾漏水；进一步，在特殊地质情况下或者水压较大时，可以在其相邻环的管片内注聚氨酯浆液，加固其防水效果，收回固定在管片上的撑靴；

S2：拆除管环内第一位置上的第一管片和第二管片，并将第一位置上的撑靴安装伸缩钢环；

S3：清除第一位置上的旧盾尾刷，并判断是否漏水；若没有漏水则直接将新盾尾刷焊接至原旧盾尾刷的位置上，并涂上盾尾油脂，量测盾尾刷四周间隙并记录，在盾尾加焊盾尾间隙支撑钢条，钢条对管片起到支撑作用，避免管片下落到盾壳上，使管片与上一管片保持相同的盾尾间隙，确保新安装管片与上一管片同心；重新焊接新的盾尾刷，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3mm；若存在漏水则将伸缩钢环伸出，直至和管片紧密接触，形成密闭空间，堵住漏水位置，再次对壁后注浆，例如注入聚氨酯，形成阻水段；若是盾尾部位发生喷泥，涌水涌砂等情况时，应立即将液压伸缩钢环伸出，将漏水处堵塞住，然后对其第一环管片III位置进行注浆或注入聚氨酯；

S4:接着将管环内第二位置上的第三管片移动至原管环内第一位置上，并依次清理第二位置管片处的盾尾刷；

S5：每次清理完盾尾管片处的盾尾刷后返回至步骤S3，直至最后一块管片处的盾尾刷更换完毕并拼装管片。

结合上述方案，如图11至图18所示，以本实施例对盾尾刷更换过程进行说明，更换盾尾刷应循序渐进，管片采用依次拆除K块、B1块及B2块，A1块、A3块、A2块（最多两块可同时拆除更换）在此部位更换后，先安装新管片，再按顺序拆除另一侧管片，以安装后再拆除一块管片进行盾尾刷更换为施工顺序：

图11中a为破损的盾尾刷结构，以K块为第一位置进行说明。

如图12所示，首先拆除K块管片和B2块管片，然后更换该位置上的盾尾刷。

再旋转B1块管片至原来K块管片和B2块管片的第一位置，如图13所示，更换原来B1块管片位置的盾尾刷。

如图14所示，旋转A3块管片至原来B1块管片的位置，更换原A3块管片的盾尾刷。

如图15所示，旋转A2块管片至原来A3块管片的位置，更换原A2块管片的盾尾刷。

如图16所示，旋转A3块管片至原来A2块管片的位置，更换原A3块管片的盾尾刷。

如图17所示，安装B2块管片。

如图18所示，最后安装K块管片。

优选地，结合上述方案，本实施例中，在步骤S1前还包括以下步骤：

盾构机停机至预定位置后，首先利用同步注浆在管壁后注入膨润土，从而在此处形成保护层，避免注浆时，浆液堵塞同步注浆管以及往盾尾、刀盘里窜浆；膨润土注入完毕后，通过每块安装管片上预留的二次注浆孔，从最后拼装完成的一环管片（III环）的后一环（II环）注入水性聚氨脂，防止在后续注浆时，浆液串入盾尾抱死盾构机壳体；注入量以注入压力0.5Mpa~0.6Mpa控制，达到更好的防串浆效果。

聚氨酯注入相邻十环管片，进行地层加固和后方水源封堵；形成止水环尽力封堵后方水源，减少换尾刷时涌水的风险；注浆压力控制在0.6~0.8Mpa；在此注入过程中需要实验室人员二十四小时监控，根据现时的地层水压及流量、流速合适的调整水泥浆的配比，控制注浆压力，达到一个理想的浆液初凝时间，从而满足在此地层情况下的最理想注浆效果；每一个预留注浆孔以不能继续注入浆液为准，注浆完成后，需对注浆止水效果进行检查，通过各管片的吊装孔开孔进行检查，确定无水后才可实施盾尾刷更换。

在注浆完成后，千斤顶收缩到位后，利用盾构机自身拼装机将第一环管片III拆除，如果仍然有漏浆，并且漏浆量较大，此时利用已安装在千斤顶上的伸缩钢环，利用伸缩钢环将拆除管片漏浆处堵住，及时进行再次注浆处理，确保不漏浆后，方可进行处理；液压伸缩钢环千斤顶最小压力要大于土压力。

优选地，结合上述方案，本实施例中，在步骤S1前还包括以下步骤：

S11：现场对盾构机所出渣土及地质进行环境确认水文地质情况，并确定盾尾刷更换的施工位置，确认盾尾刷更换施工位置的安全要求；安全要求条件包括：第一、尽量避免在软土地层更换，因为在盾构机自重的作用下，容易发生磕头，一旦发生盾构机磕头就较难处理；第二、尽量避开地下水丰富的区域；

S12：计算并确定千斤顶的推进行程，确保盾构机拼装机可以拆卸管片；且在千斤顶的推进行程内使旧盾尾刷暴露，同时也不会将最内道的盾尾刷暴露；

S13：根据选择的地质情况（更换位置尽量避免砂层、卵石层），选择注浆策略（水泥-水玻璃双液浆），并进行地下水的封堵隔离；具体包括在盾尾处注入膨润土，防止盾构机被土层抱死以及在盾尾附近注聚氨酯等方法；为盾尾刷的更换施工创造良好的施工条件，同时也为盾尾刷更换施工后盾构机的再次启动掘进做好了准备工作；

在确认注浆止水封堵效果后，开始进行盾尾刷的更换施工；首先，利用盾构机拼装机拆卸掉需要更换盾尾刷位置的管片；其次，清除此位置盾尾刷之间密封槽内的废油脂与浆液，对盾尾刷进行检查，对磨损严重的盾尾刷分段割除并更换；对磨损较轻只是被浆液固结的盾尾刷进行清理；然后，对盾尾刷和盾尾刷之间的密封槽重新涂抹盾尾油脂；最后，利用加长臂拼装管片，当所有管片拼装到位时，盾构机尾部十六组千斤顶同时加力, 反复紧固整环所有螺栓。

优选地，结合上述方案，步骤3中还包括以下步骤：

若存在漏水，则需要补注浆并在渗漏处用硬质海绵填塞堵漏，或采用发泡聚氨酯进行堵漏。

通过采用以上密封结构方案，可以使得密封结构与盾尾内侧紧密接触，保证其密闭性，该结构简单，实用性强；采用上述盾尾刷更换方法，可以对盾尾刷更换期间发生的漏浆情况及时进行处理，防止漏浆事态的进一步扩大，减少更换时间。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。