CN105298506B - 一种具有冻结功能的泥水平衡盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有冻结功能的泥水平衡盾构机，单独配置或在泥水平衡盾构机后配套系统处增加冷冻机组、储藏槽、加热装置，在刀盘内部或侧面，盾体内部或外侧增设冻结循环管路，使得泥水平衡盾构机能对刀盘周围、泥水仓、盾体周围一定区域范围内的液态、半液态以及固态物质进行冻结处理。在前隔板靠气垫室一侧安装加热管路，通过加热装置分别将高温导热液输入加热管路和冻结管路中，用来保护主驱单元、中心回转接头和融解冻结区域。本发明能使泥水平衡盾构机在常压工况下维护作业，避免泥水平衡盾构机维护过程中遇到的带压进仓换刀等问题。

Description

一种具有冻结功能的泥水平衡盾构机

技术领域

本发明涉及一种盾构机，特别是涉及一种用于隧道工程领域的泥水平衡盾构机。

背景技术

泥水平衡盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送泥渣、拼装隧道衬砌、等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。在泥水平衡盾构机施工过程中，刀盘、其上方的刀具以及盾尾刷等会在外力作用下出现过度磨损、泄漏等失效等现象，此时需要停机并对相应空间进行开挖，以便对刀盘进行维护，对刀具和盾尾刷等进行维修与更换。目前泥水平衡盾构机开仓主要采用常压直接开仓法和带压开仓法。采用常压直接开仓法时，掌子面或者开挖空间顶部容易发生透水，并携带大量的沙涌入泥水仓，造成重大事故；采用带压开仓法时，存在施工难度大、技术要求高、费用昂贵等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种能有效避免维护过程中水、气压对工作人员造成的影响，降低施工难度，工作过程简单高效且安全性高，费用低的具有冻结功能的泥水平衡盾构机。

为了解决上述技术问题，本发明提供的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，包括进浆管、盾体、刀盘、泥水仓、气垫室、主驱动单元、后隔板、排浆管和前隔板，在所述的刀盘和所述的盾体上布置有冻结循环管路；在所述的前隔板上布置有加热管路；冷冻机组、储藏槽和加热装置安装于泥水平衡盾构机的后配套系统中，所述的冻结循环管路通过进液管、回液管与所述的冷冻机组和所述的储藏槽相连，所述的加热管路通过进液管、回液管与所述的加热装置相连。

所述的刀盘安装有第一盖板，所述的冻结循环管路以间断圆环形式布置于所述的第一盖板与所述的刀盘之间。

所述的盾体周向安装有圆环盖板，所述的冻结循环管路布置于所述的圆环盖板与所述的盾体之间。

所述的冻结循环管路以螺旋线形式固定于所述的盾体的外侧、内侧或内部。

所述的加热管路布置于所述的前隔板靠所述的气垫室一侧，所述的加热管路右侧装有第二盖板。

所述的加热管路以同心圆方式均布在所述的前隔板端面上。

所述的冻结循环管路以多进液管、多供液管连接或单进液管、单供液管连接，所述的加热管路以单进液管、单回液管连接。

采用上述技术方案的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，冻结循环管路分别置于刀盘侧向或内部，盾体外侧或内侧，其使用的材料是铜、铝等导热材料；加热管路，置于前隔板内部；储藏槽，置于后配套系统，用来储藏冻结管路所需的冷媒；冷冻机组，置于后配套系统，通过盐水冷冻的原理为泥水平衡盾构机提供冻结功能；加热装置，安装于后配套系统，通过输出高温导热液为加热管路或冻结管路升温。

导热液是水、蒸汽、油等具有传热功能的介质。

冷冻机组其使用冷媒是盐水、液氨、液态二氧化碳，其中盐水选自氯化钠、氯化钙、亚硝酸钠中的任意一种或任意几种的混合物，冷媒依据实际需求而定。

本发明还提供了一种具有冻结功能的泥水平衡盾构机冻结和维护过程，通过在泥水平衡盾构机内添加的冻结管路对指定区域进行冻结处理，从而实现泥水平衡盾构机冻结功能，对泥水仓以及盾体周向一定区域进行冻结时，开启刀盘、盾体处冻结管路阀门，将冷媒注入冻结循环管路中，同时往前隔板处加热管路输入导热液防止主驱动单元受低温影响；冻结一定时长后，通过前隔板上预留孔洞确定冻结区域冻结程度；当冻结区域达到相关要求后，将冻结管路与冷冻机组相连对冻结目标区进行保温处理；然后，工作人员由后隔板上人舱进入泥水仓内，对冻结区域进行清理并对刀具或刀盘进行维护；维护工作完成后，开启泥水环流系统，同时将高温导热液输入冻结管路中，通过排浆管将冻结区域残留物质带出。

本发明单独配置或在泥水平衡盾构机后配套系统处增加冷冻机组、储藏槽、加热装置，在刀盘内部或侧面，盾体内部或外侧增设冻结循环管路，使得泥水平衡盾构机能对刀盘周围、泥水仓、盾体周围一定区域范围内的液态、半液态以及固态物质进行冻结处理。在前隔板靠气垫室一侧安装加热管路，通过加热装置分别将高温导热液输入加热管路和冻结管路中，用来保护主驱单元、中心回转接头和融解冻结区域。本发明能使泥水平衡盾构机在常压工况下维护作业，避免泥水平衡盾构机维护过程中遇到的带压进仓换刀等问题。

本发明的有益效果如下：

1)节约成本：现有泥水平衡盾构机维护方法中带压进仓换刀维护技术对工作人员以及施工相关技术要求很高，而具有冻结功能的泥水平衡盾构机可以在常压下开仓进行维护作业，且降低费用。

2)提高安全度：现有维护方法中带压进仓具有很大的风险，具有冻结功能的泥水平衡盾构机能避免维护过程中水、气压对工作人员造成的影响。

3)降低施工难度：具有冻结功能的泥水平衡盾构机能避免维护过程中水、气压对施工带来的不便。

4)节省工时：具有冻结功能的盾构机维护过程仅需花费一定时间对目标区域冻结以及清理冻结区域，能在较短时间内恢复工作，不会对施工造成重大影响。

附图说明

图1为具有冻结功能泥水平衡盾构机结构示意图。

图2为刀盘背面盖板冻结循环管路布置图(多进液管、多回液管)。

图3为刀盘背面盖板冻结循环管路布置图(单进液管、单回液管)。

图4为前隔板加热管路布置图。

图中：1-进浆管，2-冻结循环管路，3-人舱，4-圆环盖板，5-盾体，6-气垫室，7-前舱门，8-第一盖板，9-刀盘，10-刀具，11-刀盘支撑臂，12-泥水仓，13-主驱动单元，14-加热管路，15-第二盖板，16-中心回转接头，17-后隔板，18-排浆管，19-空气压缩机，20-前隔板，21-空气控制阀，22-加热装置，23-储藏槽，24-冷冻机组,25-进液管,26-回液管。

具体实施方式

下面结合图对本发明作进一步说明。

参见图1、图2、图3和图4，具有冻结功能的泥水平衡盾构机，包括进浆管1、盾体5、人舱3、刀盘9、刀具10、刀盘支撑臂11、泥水仓12、主驱动单元13、气垫室6、空气压缩机19、空气控制阀21、后隔板17、排浆管18和前隔板20，前舱门7和加热管路14安装于前隔板20上，在刀盘9和盾体5上布置有冻结循环管路2；包括有对主驱动单元13加热的加热管路14；还包括加热装置22、储藏槽23和冷冻机组24，冻结循环管路2通过进液管25、回液管26、中心回转接头16与冷冻机组24和储藏槽23相连，加热装置22通过进液管25、回液管26与加热管路14相连。加热装置22、储藏槽23和冷冻机组24安放于后配套系统系统。

具体地，刀盘9安装有第一盖板8，冻结循环管路2以间断圆环形式布置于第一盖板8与刀盘9之间。

具体地，盾体5周向安装有圆环盖板4，冻结循环管路2布置于圆环盖板4与盾体5之间。

具体地，冻结循环管路2以螺旋线形式固定于盾体5的外侧、内侧或内部。

具体地，加热管路14以同心圆方式均布于前隔板20靠气垫室6一侧，加热管路14上方装有第二盖板15。

如图1、图2和图3所示，刀盘背面冻结循环管路布置方式为：冻结循环管路2置于刀盘9背面与第一盖板8之间。冻结循环管路2以间断环状形式固定于第一盖板8上，管路也可采取其他布置形式。第一盖板8由四块板材构成，第一盖板8在设计过程中需要避免冻结循环管路2对刀具10以及刀盘9开口造成不良的影响，第一盖板8对应刀盘支撑臂11位置需要留有槽口，这样便于将第一盖板8焊接到刀盘支撑臂11上。如图2所示，冻结循环管路2进液管、回液管分别布置在第一盖板8竖直与水平方向，管路3通过刀盘支撑臂11空腔和中心回转接头16延伸出来。冻结循环管路2连接方式也可如图3中所示，冻结循环管路2只有一个进液管25与回液管26，端口置于第一盖板8竖直方向。另外，还可将冻结循环管路2布置在刀盘9内部筋板空腔中，此时不需增设盖板，冻结循环管路2由刀盘支撑臂11空腔和中心回转接头16延伸出来。

如图1和图4所示，前隔板加热管路布置方式为：加热管路14以环状圆均布在前隔板20端面，加热管路14有一个进液管25与出液端26，在加热管路14上方添加第二盖板15用以保护管路，第二盖板15为圆环状通过筋板固定在前隔板20右侧。

如图1所示盾体周向管路布置方式为：冻结循环管路2置于盾体5与圆环盖板4之间，冻结循环管路2以螺旋线形式一体化绕置在盾体5周向，冻结循环管路2通过筋板固定位置，回液管从气垫室6中延伸出来，进液管从盾体盾尾处延伸到冷冻机组24。冻结循环管路2也可以布置在盾体5内部与内侧，管路3延伸方式与之前相似。

如图1中所示的储藏槽23，其用于储藏冻结过程中所需的冷媒，对泥水仓12、盾体5周向区域冻结时，冷媒由储藏槽23进入冻结循环管路2中，通过冻结循环管路2回液管排至空气中，当冻结区域成形后停止冷媒供给。

具有冻结功能的泥水平衡盾构机的冻结与维护工作过程如下：保证泥水平衡盾构机前端泥水仓12内物质处于液态或半液态，将冷媒输送到刀盘2、盾体14处冻结循环管路2中，对泥水仓12以及盾体14周向一定区域进行冻结，同时往加热管路14注入导热液，防止低温对主驱动单元造成不良的影响；冻结一定时长后，通过前隔板7上预留孔洞使用钢钎等工具确定冻结层厚度；当冻结厚度满足开仓需求时，将冻结循环管路2与冷冻机组24连接，对相应冻结区域进行保温；工作人员通过后隔板13上人舱14进入气垫室6，通过前舱门7进入泥水仓12，对泥水仓12内冻结体进行清理；清理工作完成后，融解刀具1、刀盘2处残留冻结物，之后对刀具1进行维修及更换，对刀盘2进行维护；维护工作完成后，将冻结循环管路2与加热设备22相接，使用高温导热液融解泥水仓12内残存冻结物质，同时打开泥水平衡盾构环流系统，往泥水仓12内输送常温浆液，通过排浆管将融解物排出。

Claims (7)

1.一种具有冻结功能的泥水平衡盾构机，包括进浆管(1)、盾体(5)、刀盘(9)、泥水仓(12)、气垫室(6)、主驱动单元(13)、后隔板(17)、排浆管(18)和前隔板(20)，其特征是：在所述的刀盘(9)和所述的盾体(5)上布置有冻结循环管路(2)；在所述的前隔板(20)上布置有加热管路(14)；冷冻机组(24)、储藏槽(23)和加热装置(22)安装于泥水平衡盾构机的后配套系统中，所述的冻结循环管路(2)通过进液管(25)、回液管(26)与所述的冷冻机组(24)、储藏槽(23)和加热装置(22)相连，所述的加热管路(14)通过进液管(25)、回液管(26)与所述的加热装置(22)相连。

2.根据权利要求1所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的刀盘(9)安装有第一盖板(8)，所述的冻结循环管路(2)以间断圆环形式布置于所述的第一盖板(8)与所述的刀盘(9)之间。

3.根据权利要求1或2所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的盾体(5)周向安装有圆环盖板(4)，所述的冻结循环管路(2)布置于所述的圆环盖板(4)与所述的盾体(5)之间。

4.根据权利要求1或2所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的冻结循环管路(2)以螺旋线形式固定于所述的盾体(5)的外侧、内侧或内部。

5.根据权利要求1或2所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的加热管路(14)布置于所述的前隔板(20)靠所述的气垫室(6)一侧，所述的加热管路(14)上方装有第二盖板(15)。

6.根据权利要求1或2所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的加热管路(14)以同心圆方式均布在所述的前隔板(20)端面上。

7.根据权利要求1或2所述的具有冻结功能的泥水平衡盾构机，其特征在于：所述的冻结循环管路(2)以多进液管、多供液管连接或单进液管、单供液管连接，所述的加热管路(14)以单进液管、单回液管连接。