專利名稱：一種泥水平衡式環形盾構機的制作方法
技術領域：
本發明涉及隧道改造機構，特別是涉及一種泥水平衡式環形盾構機。
背景技術：
近年來，城市地鐵及共同溝的建設不斷發展，地下隧道的數量及規模也越來越大。 隨著運營和使用時間的增長，已建隧道的性能和質量必然隨之下降，最終將失去安全使用 性能。與此同時，隨著地下空間開發的逐步擴大，城市地下空間將越發顯得擁擠，為了滿足 日益增長的城市交通需求，有可能要擴大地鐵隧道直徑，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行以及人們的日常生活，必須變更線路修建新隧道或是對已經 失去使用性能的舊隧道進行改造。然而在城市地下空間即將趨于飽和的將來，一方面，變更 線路勢必會導致地下空間更為擁擠，而加大開挖深度則必然導致施工難度和風險的提高； 另一方面，廢棄隧道必然占用寶貴的地下空間，同時廢棄隧道隨時可能整體破壞失效，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，是一個極大的潛在風險隱患。因 此，最好的辦法是對已有隧道進行改造，然而采用明挖法施工對周圍環境影響較大且隨著 隧道埋深的增加，明挖法的施工難度和風險也將隨之增大，故采用非開挖形式是最為經濟 和安全的。因此研發一種適用于對已有隧道進行改造的新型盾構是一項具有長遠意義的課 題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種 泥水平衡式環形盾構機。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種泥水平衡式環形盾構機，其特 征在于，包括環形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處理裝置、兩道環形密封裝置、多個推進油 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有刀盤， 該刀盤上均勻設有多個滾刀、刮刀以及孔口，所述的泥水倉設于殼體內，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，所述的兩道環形密封裝置按間距設于殼體與 舊管片之間，所述的多個推進油缸均勻設于殼體的四周，所述的承軸穿設于殼體內，所述的 管片拆裝裝置設于承軸上。本發明還包括從里側至外側三道鋼絲盾尾密封刷，其中最外側的密封刷為可拆卸 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，該丁晴橡膠墊內設有氣囊，所述的加壓密封條設于 安裝扣件上，所述的密封墊千斤頂與安裝扣件的尾端傳動連接。所述的管片拆裝裝置包括行走機構以及油壓千斤頂，所述的行走機構設于承軸 上，所述的油壓千斤頂設于行走機構上。與現有技術相比，本發明具有以下優點
1.利用環形刀盤對盾構前方土體進行切削，可以根據要求開挖不同直徑的隧道， 實現對已有隧道的改造；2.通過調整切口率、滾刀數量、刮刀和滾刀的布置以及膨潤土泥漿的配比可以提 高本發明的適用土層范圍；3.為防止刀盤切削時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，可以根據實際情況調整充氣壓力，通過壓縮空氣的擴張和 收縮保持開挖面的泥水壓力及實現密封和止水功能；4.采用可伸縮臂長的新型管片拼裝機，通過調整拼裝機臂長實現舊管片拆卸和不 同直徑的新管片的拼裝，集管片拼裝和拆卸于一體節約了盾構空間，方便了管片的運輸。
圖1為利用環形盾構機對已有隧道進行改造工法的總體概要圖；圖2為環形盾構機構造詳圖；圖3為圖1的A-A剖面圖；圖4為環形盾構機密封墊斷面詳細構造圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。如圖1-4所示，一種泥水平衡式環形盾構機，包括環形的殼體1、泥水倉3、泥漿泵 4、泥漿處理裝置13、兩道環形密封裝置、多個推進油缸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的頭端設有刀盤2，該刀盤2上均勻設有 多個滾刀17、刮刀18以及孔口，所述的泥水倉3設于殼體內，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，所述的兩道環形密封裝置按間距設于殼體1與舊 管片11之間，所述的多個推進油缸5均勻設于殼體1的四周，所述的承軸穿20設于殼體1 內，所述的管片拆裝裝置設于承軸20上。本發明還包括從里側至外側三道鋼絲盾尾密封刷8，其中最外側的密封刷為可拆 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內設有氣囊23，所述的加壓密封條23設于安裝扣件21上，所述的密封 墊千斤頂7與安裝扣件22的尾端傳動連接；所述的管片拆裝裝置9包括行走機構以及油壓 千斤頂10，所述的行走機構設于承軸20上，所述的油壓千斤頂10設于行走機構上。具體實施流程為盾構推進一舊管片拆除一新管片拼裝。其工作原理是利用 環形刀盤切削前方舊隧道外圍土體；通過加壓和保壓系統，利用膨潤土泥漿保持開挖面穩 定性；切削下來的土體通過刀盤上的孔口進入泥水倉，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；盾構與舊管片間設置兩道環形充氣橡膠密封 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 的新型管片拼裝機拆除舊管片和拼裝新管片，新舊管片均由電瓶車從盾構推進方向的端頭 井運輸。
上述盾構機環形刀盤采用滾刀和刮刀相結合的方式對前方土體進行切削，刀盤尺 寸和布置應根據新隧道要求以及舊隧道周圍地層情況進行設計。上述盾構機加壓膨潤土泥漿是利用配置好的膨潤土和水的混合物，注入盾構前部 安裝了隔板的密封艙中，利用加壓和保壓系統形成具有一定壓力的泥水倉，從而保持開挖 面的穩定。上述盾構機切削下來的土體通過分布在刀盤上的孔口進入泥水倉中，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。上述盾構機在盾構殼體前部和舊管片間設置了兩道環形充氣橡膠密封墊，該密封 墊有兩個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 環千斤頂調整密封墊位置，使其與盾構推進同步。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造成的損傷，特裝備了固定用(更換時)和移動用(掘進時)兩 排密封墊，通過壓縮空氣的擴張和收縮實現封閉和止水功能。上述盾構機盾尾設有三道鋼絲盾尾刷，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。在三道盾尾刷之間填充盾尾油脂，其中最后一道可進行拆除更換，油 脂在盾構推進過程中將不斷損耗，需要不斷補充。上述盾構機在盾構前部設置有可伸縮臂長的管片拼裝機，盾構推進一環后，拆掉 舊管片的螺栓，調整拼裝機臂長至滿足舊管片拆除要求，利用管片拼裝機對襯砌管片進行 拆卸并利用拼裝機的走行機構將管片吊運至電瓶車，由電瓶車沿盾構推進方向輸送出隧 道，起重新隧道管片，利用拼裝機的走行機構將新管片起重至安裝位置，然后再調整拼裝機 臂長至滿足新隧道管片拼裝要求，對新隧道管片進行拼裝。實施例如圖1、圖2和圖3所示，本發明的環形盾構機包括殼體1，殼體1前端為環形刀盤 2。環形刀盤2上同時設置滾刀17和刮刀18，滾刀17通過擠壓和自身滾動，來破碎較硬塊 石。遇到軟土層，滾刀17失去作用，此時依靠刮刀18，依靠刀盤2軸承25的轉動，切削軟 土。實際盾構推進是兩種刀的組合。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。盾構機切 削下來的土體通過分布在刀盤2上的孔口進入泥水倉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13處理后，排放到泥漿處理池15中。如圖1和圖2所示，盾構殼體1四周布置著推進油缸5，且千斤頂伸出端頭部安裝 的撐靴19可以將推進力均勻地傳遞到新隧道管片12上，從而保證盾構的平衡推進。如圖1和圖4所示，為防止刀盤切削時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保持密封艙內的壓力，根據實際情況調整充氣壓力，通過丁晴橡膠墊22 的氣囊23內壓縮空氣的擴張和收縮保持開挖面的泥水壓力及實現密封和止水功能，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。盾構推進時，通過調整密封墊千斤頂7的 行程，可使兩道密封墊6與盾構同步前進，從而確保了盾構施工的安全。
如圖2所示，管片拆裝裝置9通過走行機構在軸承20上來回移動，運輸拆卸下來 的舊管片和用于拼裝的新管片，通過油壓千斤頂10調整臂長，拆除舊管片11時，調整油壓 千斤頂10的行程至滿足拆除舊管片要求，實行舊管片11拆卸并將舊管片運送至臨時堆放 處，起重新管片，在軸承20上移動至拼裝位置，調整油壓千斤頂10的行程至滿足新管片拼 裝要求，實行新管片12的拼裝。如圖2所示，盾尾設有三道鋼絲盾尾密封刷8，其中最后一道可以進行拆除更換。 在三道鋼絲刷之間充填滿盾尾油脂，從而實現封堵泥漿的目的。在盾構推進過程中，利用盾 尾油脂泵(未顯示)可以不斷地補充盾尾油脂而保證盾尾密封的可靠性。
權利要求
1.一種泥水平衡式環形盾構機，其特征在于，包括環形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處 理裝置、兩道環形密封裝置、多個推進油缸、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有刀盤，該刀盤上均勻設有多個滾刀、刮刀以及孔口，所述 的泥水倉設于殼體內，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 的兩道環形密封裝置按間距設于殼體與舊管片之間，所述的多個推進油缸均勻設于殼體的 四周，所述的承軸穿設于殼體內，所述的管片拆裝裝置設于承軸上。
2.根據權利要求1所述的一種泥水平衡式環形盾構機，其特征在于，還包括從里側至 外側三道鋼絲盾尾密封刷，其中最外側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.根據權利要求1或2所述的一種泥水平衡式環形盾構機，其特征在于，所述的環形密 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，該丁晴橡膠墊內設有氣囊，所述的加壓密封條設于安裝扣件上，所述的密封 墊千斤頂與安裝扣件的尾端傳動連接。
4.根據權利要求3所述的一種泥水平衡式環形盾構機，其特征在于，所述的管片拆裝 裝置包括行走機構以及油壓千斤頂，所述的行走機構設于承軸上，所述的油壓千斤頂設于 行走機構上。
全文摘要
本發明涉及一種泥水平衡式環形盾構機，包括環形的殼體、泥水倉、泥漿泵、泥漿處理裝置、兩道環形密封裝置、多個推進油缸、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有刀盤，該刀盤上均勻設有多個滾刀、刮刀以及孔口，所述的泥水倉設于殼體內，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，所述的兩道環形密封裝置按間距設于殼體與舊管片之間，所述的多個推進油缸均勻設于殼體的四周，所述的承軸穿設于殼體內，所述的管片拆裝裝置設于承軸上。本發明方便、高效，使用范圍廣。
文檔編號E21D11/10GK102086767SQ200910200068
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者張子新, 胡欣雨, 黃昕 申請人:同濟大學