一種放電破巖用水密封掘進盾頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉆機部件，特別是涉及一種防電破巖用水密封掘進盾頭。
【背景技術】
[0002]在長大隧道掘進作業中，我國用于主要有鉆爆法和機械破巖法。
[0003]鉆爆法是采用機械鉆孔、往孔內裝入待爆炸藥的常規爆破破巖方式，其綜合效率高在較長時期內占據著相當重要的地位，但該方法存在對原巖的擾動性大，易造成周邊巖石破壞，存在支護困難，破碎巖石塊度不均勻，它必須依靠鉆孔、裝藥和爆破等多種工序操作，而且裝藥和爆破過程實現機械化和自動化難度較大。
[0004]為了克服常規爆破破巖的缺點，機械破巖得到了快速發展，在采礦、選礦、石材加工、隧道掘進、石油鉆進方面已得到了廣泛應用。
[0005]隧道掘進機采用機械式破巖，集隧道施工的開挖、出碴、初期支護(管片襯砌)、通風除塵、鋪設隧道軌線以及風水電延伸于一體，具有快速、優質、安全和環保等施工特點。全斷面硬巖隧道掘進機稱為TBM，有開敞式、單護盾和雙護盾等主要形式。TBM的特點是可以在抗壓強度高達200 MPa以上的巖石山體中掘進。TBM的缺點是I)對地質條件的適應性差，每一種類型的TBM都有其適宜的地質條件，否則施工進度將嚴重受阻，甚至造成重大安全、質量事故，在地質條件不適合時，它可能消耗大量資源，卻寸步難行。2)TBM設備結構復雜、系統龐大、設計制造成本高；施工配套設備品種多、數量大，配套設備采購成本偏高。配件消耗較大(特別是刀具配件)，遠高于鉆爆法的鉆頭和鉆桿等常規設備的消耗成本。3)TBM制造、施工準備周期長。工程施工工期短。4)主機部件存在超重、超寬件，對進場運輸條件要求高，有時需要專門修建或改建道路。5) TBM對組裝場地、起重運輸設備等配套設施要求高，準備時間長。
[0006]由于機械破巖也有其局限性，因此出現了許多現代的非機具破巖方法如:超聲波法、水射流法、射彈沖擊法、水電效應法、火花放電法、等離子體法、電子束法(聚焦電子束、脈沖電子束、高能加速器)、激光法、紅外線法、熱熔法(電能、核能)、高頻法、電熱核法、微波法及化學破碎法等。
[0007]高壓脈沖放電破巖是過去在幾十年來發展起來的一種新技術，跟以往巖石破碎方法不同的是，該技術是利用脈沖放電產生的沖擊波、射流或等離子體通道的力學效應對巖石產生破壞。放電等離子體主要發生在巖石內部，巖石破碎的動力來自于等離子體通道膨脹時產生的應力，這種破碎方法稱為電破碎。
[0008]高壓脈沖放電破碎具有以下特點:
I)無飛石。破碎過程無有毒有害的化學物質產生。
[0009]2)通過放電能量的調節，能夠對巖石破碎過程進行控制。
[0010]前蘇聯地質部在1969年成立了 Kedr研宄中心開展脈沖等離子體鉆、脈沖等離子體礦物粉碎、脈沖等離子體引爆等方面的研宄。從他們已發表的資料看，脈沖等高子體鉆機不僅可用于凍硬泥土的鉆井，而且也可用于硬巖的鉆孔。近年來由歐洲多種研宄資金贊助，歐洲科學家亦開始對等離子體鉆機研宄。
【發明內容】
[0011]本發明的目的，是提供一種放電破巖用水密封掘進盾頭，密封性能好，結構簡單緊湊，能確保放電破巖電極正常工作。
[0012]采用的技術方案是:
一種放電破巖用水密封掘進盾頭，包括前段盾殼、中段盾殼、推進盾殼，其特征在于:前段盾殼的前端設置有法蘭，法蘭后端以螺紋與前段盾殼的前端口連接；前段盾殼后端筒體內通過多個螺釘固定有帶內齒的回轉支撐；前段盾殼的外壁上沿周向設有多個前段盾殼撐靴，多個前段盾殼撐靴分別由設置在前段盾殼內的一個前段撐靴液壓缸驅動。多個前段撐靴液壓缸的缸體分別固定在前段盾殼的內壁上，多個前段撐靴液壓缸的活塞桿前端分別與對應的前段盾殼撐靴鉸接。
[0013]中段盾殼的外壁上沿周向設置有多個中段盾殼撐靴，多個中段盾殼撐靴分別由設置在中段殼體內的一個中段撐靴液壓缸驅動，多個中段撐靴液壓缸的缸體分別固定在中段盾殼的內壁上，多個中段撐靴液壓缸的活塞桿前端分別與對應的一個中段盾殼撐靴鉸接。
[0014]推進盾殼的外壁上沿周向設置有多個推進盾殼撐靴，多個推進盾殼撐靴分別由設置在推進盾殼內壁上的一個推進盾殼液壓缸驅動，多個推進盾殼液壓缸的活塞桿前端分別與對應的一個推進盾殼撐靴鉸接。
[0015]前段盾殼的后端與中段盾殼的前端連接在一起，是整個掘進機的主框架。盾殼的后部是掘進機推進盾殼，推進盾殼套在中段盾殼外面，能與中段盾殼相對滑動。
[0016]前段盾殼，中段盾殼和推進盾殼上設置的撐靴的伸縮由對應的一個液壓缸驅動，能夠利用隧道洞壁對盾殼形成固定。同時還能控制盾殼的轉向角度。
[0017]中段盾殼后端外壁上沿周向固定有多個推進液壓缸，多個推進液壓缸的活塞桿分別與推進盾殼連接。多個推進液壓缸同步工作。
[0018]前段盾殼、中段盾殼和推進盾殼內部在撐靴液壓對應的位置兩側安裝有加強筋，增加抗擠壓變形能力。
[0019]中段盾殼的外部中段裝設有第一組環形密封鋼槽和第二組環形密封鋼槽。第一和第二組環形密封鋼槽上分別有多組U型截面，且開口向外。中段盾殼的前部外壁上，沿周向設置有多個第一密封驅動液壓缸。多個第一密封驅動液壓缸的缸體分別固定在中段盾殼上，多個第一密封驅動液壓缸的活塞桿與第一組環形密封鋼槽的前端連接。中段盾殼的后部外壁上，沿周向裝設有多個第二密封驅動油缸，多個第二密封驅動液壓缸的缸體分別固定在中段盾殼上，多個第二密封驅動液壓缸的活塞桿分別與第二組環形密封鋼槽的后端連接。第一密封驅動液壓缸驅動第一組環形密封鋼槽在中段盾殼上滑動，第二密封驅動液壓缸驅動第二組環形密封鋼槽在中段盾殼上滑動。
[0020]第一組環形密封鋼槽的每一個U型環槽內安裝有前密封環；第二組環形密封鋼槽內的每一個U型環槽內，安裝有后密封環。
[0021]前密封環和后密封環為氣囊，可充、放氣。
[0022]前密封環和后密封環充氣以后膨脹，分別在第一組環形密封鋼槽和第二組環形密封鋼槽內漲滿盾殼與隧道洞壁之間的空間，實現密封效果。
[0023]為了便于在施工過程中更換前密封環和后密封環，密封環不是做成封閉的圓環，而是在圓環上斷開一個截面，兩個截面各自封閉，在兩個截面附件增加拉緊裝置，如扣帶、拉環等。
[0024]中段盾殼上在第一組環形密封鋼槽和第二組環形密封鋼槽滑動的行程范圍內開設密封環更換操作孔，對應位置上第一組環形密封鋼槽和第二組環形密封鋼槽的底部也開設密封環更換操作孔，兩個孔位置重合。在第一和第二組環形密封鋼槽內分別預裝帶有等距小孔的環形鋼帶，環形鋼帶在環形密封鋼槽的底部可以圓周滑動，其作用是，在安裝密封環時，把密封環的一端掛在環形鋼帶上，使用齒輪撥齒機帶動環形鋼帶上的小孔，使環形鋼帶轉動一周，把密封環帶入環形密封鋼槽的對應的U型環槽內，然后密封環的兩個端面拉緊。密封環的兩個截面附近環的內側各有一個充氣接口，密封環安裝完畢后，充氣接口與固定在中段盾殼上的高壓充氣管道連接。
[0025]中段盾殼上的密封環更換操作孔內側安裝有密封蓋板，密封環安裝和更換完畢后，用密封蓋板把操作孔蓋住，起到密封效果。
[0026]在前段盾殼和中段盾殼外壁上，分別位于第一和第二組環形密封鋼槽的兩側分別安裝有能夠推拉第一組環形密封鋼槽和第二組環形密封鋼槽在中段盾殼上移動的前密封驅動液壓缸和后密封驅動液壓缸。當多個推進液壓缸推動前段盾殼和中段盾殼前進時，前密封環和后密封環完全漲緊，前密封驅動液壓缸同步推出，后密封驅動液壓缸同步收縮。
[0027]當推進盾殼撐靴在隧道洞壁上形成固定時，前段盾殼撐靴和中段盾殼撐靴脫離固定狀態，推進液壓缸伸出，推動前段盾殼和中段盾殼前進。前段盾殼和中段盾殼推進到位后，前段盾殼撐靴和中段盾殼撐靴伸出，把前段盾殼和中段盾殼固定在隧道的洞壁上，然后推進盾殼撐靴脫離支撐狀態，推進液壓缸收縮，帶動推進盾殼跟進前段盾殼和中段盾殼，為下一次推進做準備。
[0028]通過對盾殼上的撐靴液壓缸的獨立控制，可以控制每個撐腳的伸縮長度，準確控制盾殼的前進方向，包括直線行進和轉彎、俯仰等。
[0029]推進盾殼完成一整步推進以后，兩組密封環都要在保持密封的前提下向前整步移動。首先，后密封環抽空密封氣體，密封面與隧道洞壁脫離，后密封驅動液壓缸全行程推出，第二組環形密封鋼槽中段盾殼向前推移。到位后，后密封環加壓充氣，完成密封。然后前密封環抽空密封氣體，密封面與隧道洞壁脫離，前密封驅動液壓缸全行程縮進，第一組環形密封槽鋼環沿中段盾殼向前推移，到位后，前密封環加壓充氣，完成密封。
[0030]本發明的優點:
1、本發明解決了高壓脈沖放電破巖隧道掘進機的水密封問題，系統結構簡單緊湊，多重密封有效減緩工作空間內水的泄漏，使高壓放電破巖電極能夠正常工作。
[0031]2、復合材料的密封環使用高壓空氣控制其水密封程度，能夠從盾殼內部進行快速更換，維護方便。
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