CN102900848A - 一种盾构机带压进仓气囊密封装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型泥水盾构在富水砂卵石地层中带压进舱技术领域，公开一种盾构机带压进仓气囊密封装置及方法，所述方法采用本装置能够解决高压舱内气体的密封问题，本装置包括：盾构机、气囊、压缩空气管路，所述盾构机的前盾盾壳外侧设置一个凹槽，凹槽内安装气囊，使气囊外表面与前盾盾壳齐平，并固定气囊；所述气囊1的充气管通过盾壳伸进盾构内，并做好充气管与前盾盾壳间的密封和防水。本发明能够在盾构施工停机换刀作业时保证掌子面的稳定和舱内气压的稳定。其结构设计简单、可方便快速的安装使用，起到了良好的密封效果，对盾构机施工提供了安全保证，且节省了人力和物力，既缩短了施工时间又降低了施工成本，具有很好的推广应用前景。

Description

一种盾构机带压进仓气囊密封装置及方法

技术领域

本发明涉及大型泥水盾构在富水砂卵石地层中带压进舱技术领域，尤其涉及解决高压舱内气体密封问题的一种盾构机带压进仓气囊密封装置及方法。

背景技术

目前，由于气垫式泥水平衡盾构机有其快速、安全的优越性能，越来越多地被应用于城市地下隧道工程。其最主要的特点是无论盾构机是在掘进过程中，还是在停机状态下都能以稳定的气压来支撑掌子面和周边围岩，以保证地下隧道在开挖过程中将围岩结构因应力释放所产生的不均匀沉降控制在最小范围内，有效地保证隧道沿线的地面交通和毗邻构建筑物及地下结构和管线不受影响。

但是盾构机在掘进过程中，尤其是砂卵石地层对盾构机刀具的磨损是非常严重的，这就需要经常对磨损的刀具进行更换。为了保证停机换刀作业时掌子面人员的安全和围岩的稳定性不受影响，就必须带压进舱。带压进舱作业时需要降低开挖舱内的液位50 %左右，开挖舱内的围岩有一半以上暴露在无泥浆支护状态下，很容易使开挖舱内的高压气体向地层内逃逸，保持不住舱内的压力，这样舱内作业人员的安全和掌子面的稳定就难以保证。如何保证掌子面的稳定和舱内气压的稳定，其关键措施就是如何采取相应措施防止高压气体逃逸。

北京铁路地下直径线工程盾构隧道全长5175m，采用一台全新φ12.04m的泥水加压平衡盾构机自西向东独头掘进。盾构机停机带压进舱时，盾构机气垫舱内的压缩空气会通过刀盘和盾构机盾壳之间的间隙顺着盾壳和地层的缝隙往盾尾方向逸至地层中，给保持气垫舱和刀盘舱的压力衡定带来困难，给带压进舱的安全性带来影响，因此保证盾构机气垫舱和刀盘舱的密封良好是保证带压进舱安全的关键。

盾构机带压进舱原有密封技术是：通过中盾，尾盾位置的注浆管向盾壳和地层的缝隙内注入高粘度泥浆填充盾壳和地层之间的缝隙，以此起到密封作用。由于在泥水盾构停机带压进舱过程中，中盾有3根注浆管分别分布在盾构顶部和两侧中间位置，尾盾有6根注浆管。由于通过这些管路向盾壳背后注入高粘度泥浆时，泥浆向盾壳周围扩散不均匀，不能保证每个位置的缝隙全部被泥浆充满，且很难确定能保证高粘度泥浆起到良好密封效果的合理用量。导致现有密封技术在施工中效果不太理想。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种盾构机带压进仓气囊密封装置及方法，采用密封气囊安置盾构机盾壳与土层的缝隙内。由盾构机上的空压机提供压缩空气，使气囊膨胀充满盾构机盾壳与土层间的缝隙，形成一圈密封环从而达到密封作用。从而改善注浆效果的不足，防止压缩空气从高压舱内逃逸。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，包括：盾构机、气囊、压缩空气管路，所述盾构机的前盾盾壳外侧设置一个凹槽，凹槽内安装气囊，使气囊外表面与前盾盾壳齐平，并固定气囊；所述气囊的充气管通过盾壳伸进盾构内，并做好充气管与前盾盾壳间的密封和防水。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，在盾构带压进仓期间，即可在盾构内向气囊充气，当带压进仓完成后将气体放掉，使气囊恢复原状，缩进凹槽内。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，所述气囊采用天然橡胶及帘布硫化成型，成一个半圆环状，展开时总长21400mm，每隔350mm布置一个长200mm，宽150mm的吊耳；不充气时，最小厚度不大于20mm；充气膨胀后截面最大宽度不小于60mm，充气管安装在气囊全长1/4处。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，所述压缩空气管路：压缩空气管路由充气管、压力表和放气阀使用快速接头连接构成。

一种盾构机带压进仓气囊密封方法，包括：停机保压、降低液位、安装气囊、充气与放气四个步骤：

1、安装气囊及充气与放气为作业人员带压进舱，把气囊从刀盘与盾壳之间的缝隙塞入中盾外壳外部，并用螺栓固定；

2、使用带快速接头的气管连接到盾构机压缩空气的管路上，确保管路连接紧密后打开进气阀门；

3、当管路2上压力表的读数达到6bar时关闭进气阀门；

4、当带压作业完成后，把管路2和3卸下，在管路上连接一个放气阀使气囊内压缩空气排出，卸下螺栓和挡板，取出气囊。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，能够在盾构施工停机换刀作业时保证掌子面的稳定和舱内气压的稳定。此装置结构设计简单、可方便快速的安装使用，起到了良好的密封效果，对盾构机施工提供了安全保证，且节省了人力和物力，既缩短了施工时间有降低了施工成本。经施工工程试验取得了良好的效果，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1 密封气囊端面示意图（一）

图2密封气囊端面示意图（二）

图3 密封气囊展开图。

图4 密封气囊压缩空气管路图。

图5 密封气囊安装示意图。

图6 密封气囊安装详图

图7 盾构机前盾改造示意图。

图中，1、气囊，2、压缩空气管路，3、天然橡胶，4、帘布，5、吊耳，

6、气管，7、压力表，8、放气阀，9、快速接头，10、刀盘，11、中盾外壳， 12、挡板，13、螺栓，14、围岩。

具体实施方式

结合附图对本发明实施例加以说明：

如图1、2、3、4、5、6、7所示：一种盾构机带压进仓气囊密封装置，包括：盾构机、气囊、压缩空气管路，所述盾构机的前盾盾壳外侧11设置一个凹槽，凹槽内安装气囊1，使气囊外表面与前盾盾壳齐平，并固定气囊；所述气囊1的充气管（6）通过盾壳伸进盾构内，并做好充气管与前盾盾壳间的密封和防水。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，在盾构带压进仓期间，即可在盾构内向气囊充气，当带压进仓完成后将气体放掉，使气囊恢复原状，缩进凹槽内。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，所述气囊（1）采用天然橡胶(3)及帘布（4）硫化成型，成一个半圆环状，展开时总长21400mm，每隔350mm布置一个长200mm，宽150mm的吊耳；不充气时，最小厚度不大于20mm；充气膨胀后截面最大宽度不小于60mm，充气管（6）安装在气囊（1）全长1/4处。

一种盾构机带压进仓气囊密封装置，所述压缩空气管路（2）：压缩空气管路由充气管（6）、压力表（7）和放气阀（8）使用快速接头（9）连接构成。

一种盾构机带压进仓气囊密封方法，包括：停机保压、降低液位、安装气囊、充气与放气四个步骤：

1、安装气囊及充气与放气为作业人员带压进舱，把气囊从刀盘(10)与盾壳之间的缝隙塞入中盾外壳(11)外部，并用螺栓固定；

2、使用带快速接头 (9)的气管(6)连接到盾构机压缩空气的管路上，确保管路连接紧密后打开进气阀门；

3、当管路2上压力表的读数达到6bar时关闭进气阀门；

4、当带压作业完成后，把管路2和3卸下，在管路1上连接一个放气阀使气囊（1）内压缩空气排出，卸下螺栓和挡板（12)，取出气囊（1）。

密封气囊的使用过程：

（1）停机保压。首先将刀盘舱内粘度较低的泥浆用高粘度泥浆全部置换，然后提高舱内压力进行保压，使裸露的围岩表面形成一层完好的泥膜。

（2）降低液位。利用泥水循环管路将刀盘舱内的液位降至40%～50%。

（３）如图4、5所示，安装气囊。作业人员带压进舱，把气囊从刀盘与盾壳之间的缝隙塞入中盾外壳外部，并用螺栓固定。

（４）充气。气囊固定牢固后，使用带快速接头的气管连接到盾构机压缩空气的管路上。确保管路连接紧密后打开进气阀门，压缩空气由管路1经过管路3充入气囊。当管路2上压力表的读数达到6bar时关闭进气阀门。使气囊膨胀后完全填塞与盾壳和裸露的围岩之间，有效的阻止了舱内的高压气体从盾壳和围岩之间的缝隙向外逃逸，起到了密封效果。当带压作业完成后，把管路2和3卸下，在管路1上连接一个放气阀使气囊内压缩空气排出，卸下螺栓和挡板，取出气囊，盾构恢复掘进。

2、盾构改造

如图6所示：在盾构制造时，在前盾盾壳外侧开一道凹槽，将气囊塞进凹槽内，使气囊外表面和盾壳齐平，并固定。将充气嘴穿进盾壳内，做好密封防水。

采用本发明的新装置可以在盾构施工停机换刀作业时保证掌子面的稳定和舱内气压的稳定。此装置结构设计简单、可方便快速的安装使用，起到了良好的密封效果，对盾构机施工提供了安全保证，且节省了人力和物力，既缩短了施工时间有降低了施工成本。经施工工程试验取得了良好的效果，具有很好的推广应用前景。

虽然上面已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对本发明做出各种不同的修改和变化。因此，应该理解上述的实施案例不是限制，而是各个方面的举例说明。

Claims (5)

1.一种盾构机带压进仓气囊密封装置，其特征在于：包括：盾构机、气囊、压缩空气管路，所述盾构机的前盾盾壳11外侧设置一个凹槽，凹槽内安装气囊1，使气囊外表面与前盾盾壳齐平，并固定气囊；所述气囊1的充气管（6）通过盾壳伸进盾构内，并做好充气管与前盾盾壳间的密封和防水。

2.一种盾构机带压进仓气囊密封装置，其特征在于：在盾构带压进仓期间，即可在盾构内向气囊充气，当带压进仓完成后将气体放掉，使气囊恢复原状，缩进凹槽内。

3.一种盾构机带压进仓气囊密封装置，其特征在于：所述气囊（1）采用天然橡胶(3)及帘布（4）硫化成型，成一个半圆环状，展开时总长21400mm，每隔350mm布置一个长200mm，宽150mm的吊耳（5）；不充气时，最小厚度不大于20mm；充气膨胀后截面最大宽度不小于60mm，充气管（6）安装在气囊（1）全长1/4处。

4.一种盾构机带压进仓气囊密封装置，其特征在于：所述压缩空气管路（2）：压缩空气管路由充气管（6）、压力表（7）和放气阀（8）使用快速接头（9）连接构成。

5.一种盾构机带压进仓气囊密封方法，其特征在于：包括：停机保压、降低液位、安装气囊、充气与放气四个步骤：

1、安装气囊及充气与放气为作业人员带压进舱，把气囊从刀盘(10)与盾壳之间的缝隙塞入中盾外壳(11)外部，并用螺栓固定；

2、使用带快速接头(9)的充气管(6)连接到盾构机压缩空气的管路上，确保管路连接紧密后打开进气阀门；

3、当管路2上压力表的读数达到6bar时关闭进气阀门；

4、当带压作业完成后，把管路2和3卸下，在管路1上连接一个放气阀使气囊（1）内压缩空气排出，卸下螺栓和挡板（12)，取出气囊（1）。

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