專利名稱：一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道改造機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，城市地鐵及共同溝的建設(shè)不斷發(fā)展，地下隧道的數(shù)量及規(guī)模也越來越大。 隨著運(yùn)營和使用時(shí)間的增長，已建隧道的性能和質(zhì)量必然隨之下降，最終將失去安全使用 性能。與此同時(shí)，隨著地下空間開發(fā)的逐步擴(kuò)大，城市地下空間將越發(fā)顯得擁擠，為了滿足 日益增長的城市交通需求，有可能要擴(kuò)大地鐵隧道直徑，形成多層立體式交通體系。因此， 為了保證城市交通的正常運(yùn)行以及人們的日常生活，必須變更線路修建新隧道或是對(duì)已經(jīng) 失去使用性能的舊隧道進(jìn)行改造。然而在城市地下空間即將趨于飽和的將來，一方面，變更 線路勢必會(huì)導(dǎo)致地下空間更為擁擠，而加大開挖深度則必然導(dǎo)致施工難度和風(fēng)險(xiǎn)的提高； 另一方面，廢棄隧道必然占用寶貴的地下空間，同時(shí)廢棄隧道隨時(shí)可能整體破壞失效，引起 周圍土體的變形，近而影響鄰近管線或是建筑物的安全，是一個(gè)極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患。因 此，最好的辦法是對(duì)已有隧道進(jìn)行改造，然而采用明挖法施工對(duì)周圍環(huán)境影響較大且隨著 隧道埋深的增加，明挖法的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)也將隨之增大，故采用非開挖形式是最為經(jīng)濟(jì) 和安全的。因此研發(fā)一種適用于對(duì)已有隧道進(jìn)行改造的新型盾構(gòu)是一項(xiàng)具有長遠(yuǎn)意義的課 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種 泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，其特 征在于，包括環(huán)形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處理裝置、兩道環(huán)形密封裝置、多個(gè)推進(jìn)油 缸、承軸以及用于拆除舊管片和拼裝新管片的管片拆裝裝置，所述的殼體的頭端設(shè)有刀盤， 該刀盤上均勻設(shè)有多個(gè)滾刀、刮刀以及孔口，所述的泥水倉設(shè)于殼體內(nèi)，并與孔口連接，所 述的泥漿泵與泥水倉以及泥漿處理裝置連接，所述的兩道環(huán)形密封裝置按間距設(shè)于殼體與 舊管片之間，所述的多個(gè)推進(jìn)油缸均勻設(shè)于殼體的四周，所述的承軸穿設(shè)于殼體內(nèi)，所述的 管片拆裝裝置設(shè)于承軸上。本發(fā)明還包括從里側(cè)至外側(cè)三道鋼絲盾尾密封刷，其中最外側(cè)的密封刷為可拆卸 密封刷，三道鋼絲盾尾密封刷之間充填有油脂。所述的環(huán)形密封裝置包括丁晴橡膠墊、安裝扣件、加壓密封條以及密封墊千斤頂， 所述的丁晴橡膠墊固定于安裝扣件上，該丁晴橡膠墊內(nèi)設(shè)有氣囊，所述的加壓密封條設(shè)于 安裝扣件上，所述的密封墊千斤頂與安裝扣件的尾端傳動(dòng)連接。所述的管片拆裝裝置包括行走機(jī)構(gòu)以及油壓千斤頂，所述的行走機(jī)構(gòu)設(shè)于承軸 上，所述的油壓千斤頂設(shè)于行走機(jī)構(gòu)上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.利用環(huán)形刀盤對(duì)盾構(gòu)前方土體進(jìn)行切削，可以根據(jù)要求開挖不同直徑的隧道， 實(shí)現(xiàn)對(duì)已有隧道的改造；2.通過調(diào)整切口率、滾刀數(shù)量、刮刀和滾刀的布置以及膨潤土泥漿的配比可以提 高本發(fā)明的適用土層范圍；3.為防止刀盤切削時(shí)泥水和地下水侵入隧道以及保持開挖面泥水壓力，采用兩道 丁晴橡膠波紋管充氣式密封墊，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整充氣壓力，通過壓縮空氣的擴(kuò)張和 收縮保持開挖面的泥水壓力及實(shí)現(xiàn)密封和止水功能；4.采用可伸縮臂長的新型管片拼裝機(jī)，通過調(diào)整拼裝機(jī)臂長實(shí)現(xiàn)舊管片拆卸和不 同直徑的新管片的拼裝，集管片拼裝和拆卸于一體節(jié)約了盾構(gòu)空間，方便了管片的運(yùn)輸。


圖1為利用環(huán)形盾構(gòu)機(jī)對(duì)已有隧道進(jìn)行改造工法的總體概要圖；圖2為環(huán)形盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造詳圖；圖3為圖1的A-A剖面圖；圖4為環(huán)形盾構(gòu)機(jī)密封墊斷面詳細(xì)構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1-4所示，一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，包括環(huán)形的殼體1、泥水倉3、泥漿泵 4、泥漿處理裝置13、兩道環(huán)形密封裝置、多個(gè)推進(jìn)油缸5、承軸20以及用于拆除舊管片11 和拼裝新管片12的管片拆裝裝置9，所述的殼體1的頭端設(shè)有刀盤2，該刀盤2上均勻設(shè)有 多個(gè)滾刀17、刮刀18以及孔口，所述的泥水倉3設(shè)于殼體內(nèi)，并與孔口連接，所述的泥漿泵 4與泥水倉3以及泥漿處理裝置13連接，所述的兩道環(huán)形密封裝置按間距設(shè)于殼體1與舊 管片11之間，所述的多個(gè)推進(jìn)油缸5均勻設(shè)于殼體1的四周，所述的承軸穿20設(shè)于殼體1 內(nèi)，所述的管片拆裝裝置設(shè)于承軸20上。本發(fā)明還包括從里側(cè)至外側(cè)三道鋼絲盾尾密封刷8，其中最外側(cè)的密封刷為可拆 卸密封刷，三道鋼絲盾尾密封刷之間充填有油脂；所述的環(huán)形密封裝置包括丁晴橡膠墊6、 安裝扣件21、加壓密封條23以及密封墊千斤頂7，所述的丁晴橡膠墊6固定于安裝扣件21 上，該丁晴橡膠墊6內(nèi)設(shè)有氣囊23，所述的加壓密封條23設(shè)于安裝扣件21上，所述的密封 墊千斤頂7與安裝扣件22的尾端傳動(dòng)連接；所述的管片拆裝裝置9包括行走機(jī)構(gòu)以及油壓 千斤頂10，所述的行走機(jī)構(gòu)設(shè)于承軸20上，所述的油壓千斤頂10設(shè)于行走機(jī)構(gòu)上。具體實(shí)施流程為盾構(gòu)推進(jìn)一舊管片拆除一新管片拼裝。其工作原理是利用 環(huán)形刀盤切削前方舊隧道外圍土體；通過加壓和保壓系統(tǒng)，利用膨潤土泥漿保持開挖面穩(wěn) 定性；切削下來的土體通過刀盤上的孔口進(jìn)入泥水倉，與輸入的膨潤土泥漿混合形成高密 度泥漿，再由泥漿泵輸送至地面泥水處理池；盾構(gòu)與舊管片間設(shè)置兩道環(huán)形充氣橡膠密封 墊止水并保持開挖面前方的泥水壓力；盾尾設(shè)有三道鋼絲盾尾刷，在三道盾尾刷之間填充 盾尾油脂，其中最后一道盾尾刷可以進(jìn)行拆除更換；利用布置在泥漿泵前方的可伸縮臂長 的新型管片拼裝機(jī)拆除舊管片和拼裝新管片，新舊管片均由電瓶車從盾構(gòu)推進(jìn)方向的端頭 井運(yùn)輸。
上述盾構(gòu)機(jī)環(huán)形刀盤采用滾刀和刮刀相結(jié)合的方式對(duì)前方土體進(jìn)行切削，刀盤尺 寸和布置應(yīng)根據(jù)新隧道要求以及舊隧道周圍地層情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。上述盾構(gòu)機(jī)加壓膨潤土泥漿是利用配置好的膨潤土和水的混合物，注入盾構(gòu)前部 安裝了隔板的密封艙中，利用加壓和保壓系統(tǒng)形成具有一定壓力的泥水倉，從而保持開挖 面的穩(wěn)定。上述盾構(gòu)機(jī)切削下來的土體通過分布在刀盤上的孔口進(jìn)入泥水倉中，并與輸入的 膨潤土泥漿混合后形成高密度泥漿，在保持泥水倉一定壓力的條件下，由排渣泵輸送到地 面泥漿處理池中。上述盾構(gòu)機(jī)在盾構(gòu)殼體前部和舊管片間設(shè)置了兩道環(huán)形充氣橡膠密封墊，該密封 墊有兩個(gè)功能保持開挖面泥水壓力以及密封止水。采用丁晴橡膠波紋管密封墊，利用密封 環(huán)千斤頂調(diào)整密封墊位置，使其與盾構(gòu)推進(jìn)同步。為了避免由于丁晴橡膠波紋管密封墊和 管片襯砌外周之間的滑動(dòng)造成的損傷，特裝備了固定用(更換時(shí))和移動(dòng)用(掘進(jìn)時(shí))兩 排密封墊，通過壓縮空氣的擴(kuò)張和收縮實(shí)現(xiàn)封閉和止水功能。上述盾構(gòu)機(jī)盾尾設(shè)有三道鋼絲盾尾刷，防止外部水、土以及注漿材料從盾尾與管 片的間隙流入隧道內(nèi)。在三道盾尾刷之間填充盾尾油脂，其中最后一道可進(jìn)行拆除更換，油 脂在盾構(gòu)推進(jìn)過程中將不斷損耗，需要不斷補(bǔ)充。上述盾構(gòu)機(jī)在盾構(gòu)前部設(shè)置有可伸縮臂長的管片拼裝機(jī)，盾構(gòu)推進(jìn)一環(huán)后，拆掉 舊管片的螺栓，調(diào)整拼裝機(jī)臂長至滿足舊管片拆除要求，利用管片拼裝機(jī)對(duì)襯砌管片進(jìn)行 拆卸并利用拼裝機(jī)的走行機(jī)構(gòu)將管片吊運(yùn)至電瓶車，由電瓶車沿盾構(gòu)推進(jìn)方向輸送出隧 道，起重新隧道管片，利用拼裝機(jī)的走行機(jī)構(gòu)將新管片起重至安裝位置，然后再調(diào)整拼裝機(jī) 臂長至滿足新隧道管片拼裝要求，對(duì)新隧道管片進(jìn)行拼裝。實(shí)施例如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的環(huán)形盾構(gòu)機(jī)包括殼體1，殼體1前端為環(huán)形刀盤 2。環(huán)形刀盤2上同時(shí)設(shè)置滾刀17和刮刀18，滾刀17通過擠壓和自身滾動(dòng)，來破碎較硬塊 石。遇到軟土層，滾刀17失去作用，此時(shí)依靠刮刀18，依靠刀盤2軸承25的轉(zhuǎn)動(dòng)，切削軟 土。實(shí)際盾構(gòu)推進(jìn)是兩種刀的組合。如圖1和圖2所示，刀盤2后部為泥水倉3，泥水倉3與泥漿泵4連接。盾構(gòu)機(jī)切 削下來的土體通過分布在刀盤2上的孔口進(jìn)入泥水倉3中，并與輸入的膨潤土泥漿混合后 形成高密度泥漿，在保持泥水倉3—定壓力的條件下，由泥漿泵16輸送到地面，通過泥漿處 理系統(tǒng)13處理后，排放到泥漿處理池15中。如圖1和圖2所示，盾構(gòu)殼體1四周布置著推進(jìn)油缸5，且千斤頂伸出端頭部安裝 的撐靴19可以將推進(jìn)力均勻地傳遞到新隧道管片12上，從而保證盾構(gòu)的平衡推進(jìn)。如圖1和圖4所示，為防止刀盤切削時(shí)泥水和地下水侵入隧道以及保持開挖面泥 水壓力，采用兩道丁晴橡膠波紋管充氣式密封墊6，利用安裝扣件21將丁晴橡膠墊22固定， 利用加壓密封條23保持密封艙內(nèi)的壓力，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整充氣壓力，通過丁晴橡膠墊22 的氣囊23內(nèi)壓縮空氣的擴(kuò)張和收縮保持開挖面的泥水壓力及實(shí)現(xiàn)密封和止水功能，為減 小止水密封墊6與管片外周間的摩擦，延長止水密封墊6的使用壽命，通過盾前油脂泵(未 顯示)在丁晴橡膠墊22外周定期注入潤滑油脂。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，通過調(diào)整密封墊千斤頂7的 行程，可使兩道密封墊6與盾構(gòu)同步前進(jìn)，從而確保了盾構(gòu)施工的安全。
如圖2所示，管片拆裝裝置9通過走行機(jī)構(gòu)在軸承20上來回移動(dòng)，運(yùn)輸拆卸下來 的舊管片和用于拼裝的新管片，通過油壓千斤頂10調(diào)整臂長，拆除舊管片11時(shí)，調(diào)整油壓 千斤頂10的行程至滿足拆除舊管片要求，實(shí)行舊管片11拆卸并將舊管片運(yùn)送至臨時(shí)堆放 處，起重新管片，在軸承20上移動(dòng)至拼裝位置，調(diào)整油壓千斤頂10的行程至滿足新管片拼 裝要求，實(shí)行新管片12的拼裝。如圖2所示，盾尾設(shè)有三道鋼絲盾尾密封刷8，其中最后一道可以進(jìn)行拆除更換。 在三道鋼絲刷之間充填滿盾尾油脂，從而實(shí)現(xiàn)封堵泥漿的目的。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，利用盾 尾油脂泵(未顯示)可以不斷地補(bǔ)充盾尾油脂而保證盾尾密封的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，其特征在于，包括環(huán)形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處 理裝置、兩道環(huán)形密封裝置、多個(gè)推進(jìn)油缸、承軸以及用于拆除舊管片和拼裝新管片的管片 拆裝裝置，所述的殼體的頭端設(shè)有刀盤，該刀盤上均勻設(shè)有多個(gè)滾刀、刮刀以及孔口，所述 的泥水倉設(shè)于殼體內(nèi)，并與孔口連接，所述的泥漿泵與泥水倉以及泥漿處理裝置連接，所述 的兩道環(huán)形密封裝置按間距設(shè)于殼體與舊管片之間，所述的多個(gè)推進(jìn)油缸均勻設(shè)于殼體的 四周，所述的承軸穿設(shè)于殼體內(nèi)，所述的管片拆裝裝置設(shè)于承軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，其特征在于，還包括從里側(cè)至 外側(cè)三道鋼絲盾尾密封刷，其中最外側(cè)的密封刷為可拆卸密封刷，三道鋼絲盾尾密封刷之 間充填有油脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，其特征在于，所述的環(huán)形密 封裝置包括丁晴橡膠墊、安裝扣件、加壓密封條以及密封墊千斤頂，所述的丁晴橡膠墊固定 于安裝扣件上，該丁晴橡膠墊內(nèi)設(shè)有氣囊，所述的加壓密封條設(shè)于安裝扣件上，所述的密封 墊千斤頂與安裝扣件的尾端傳動(dòng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，其特征在于，所述的管片拆裝 裝置包括行走機(jī)構(gòu)以及油壓千斤頂，所述的行走機(jī)構(gòu)設(shè)于承軸上，所述的油壓千斤頂設(shè)于 行走機(jī)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泥水平衡式環(huán)形盾構(gòu)機(jī)，包括環(huán)形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處理裝置、兩道環(huán)形密封裝置、多個(gè)推進(jìn)油缸、承軸以及用于拆除舊管片和拼裝新管片的管片拆裝裝置，所述的殼體的頭端設(shè)有刀盤，該刀盤上均勻設(shè)有多個(gè)滾刀、刮刀以及孔口，所述的泥水倉設(shè)于殼體內(nèi)，并與孔口連接，所述的泥漿泵與泥水倉以及泥漿處理裝置連接，所述的兩道環(huán)形密封裝置按間距設(shè)于殼體與舊管片之間，所述的多個(gè)推進(jìn)油缸均勻設(shè)于殼體的四周，所述的承軸穿設(shè)于殼體內(nèi)，所述的管片拆裝裝置設(shè)于承軸上。本發(fā)明方便、高效，使用范圍廣。
文檔編號(hào)E21D11/10GK102086767SQ200910200068
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張子新, 胡欣雨, 黃昕 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)