CN105673026A - 一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，包括：外圈桶体，安装于类矩形盾构的土仓壳体上；推进桶体，设于外圈桶体内并通过伸缩油缸与外圈桶体连接，土仓壳体上开设有供推进桶体穿设的推进口；密封结构，设于外圈桶体的内壁且封堵于外圈桶体与推进桶体间的间隙。本发明采用外圈桶体及通过伸缩油缸安装于外圈桶体中的推进桶体构成本发明的土压自动补偿装置，外圈桶体安装在类矩形盾构的土仓壳体上，土仓壳体上开设有供推进桶体穿设并进入到土仓内的推进口，通过伸缩油缸带动推进桶体做前后运动，向土仓内推进或收缩，改变土仓的体积，从而起到调节土仓内的土压力的作用；同时，利用密封结构可以起到阻止外部泥水侵入的作用。
Description
技术领域
本发明涉及类矩形盾构施工领域，尤其涉及一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置。
背景技术
土压平衡盾构是在开挖面土仓及螺旋输送机内部充满的土砂所产生的压力与开挖面的土压保持平衡。施工中主要控制掘进千斤顶推力、掘进速度、刀盘扭矩和转速、螺旋输送机扭矩和转速以及闸门的开口度等技术参数，使之与开挖面的土压保持动态平衡。土压平衡盾构是以充满土仓内的刚开挖下来的土体对开挖面提供连续的支护，隧道开挖面的稳定，是通过土仓内土体的压力传递来起到与外界水土压力相平衡的作用，土仓内的土体压力减小外界水土压力的压力梯度，于是开挖面在有压力的土体的直接支护以及土中渗漏力的减小的条件下得以稳定。
类矩形盾构因其断面空间利用率高，正逐渐成为城市地下空间开发的重要手段。但类矩形盾构隧道在施工过程中与常规圆形盾构隧道相比较面临诸多困难与挑战，例如大断面类矩形盾构正面土压力的平衡控制，常规圆形盾构隧道施工的土压平衡控制方法难以满足，具体表现在以下几点：
1.大断面类矩形盾构开挖断面尺寸相对较大，土压平衡传导区域大；
2.类矩形盾构断面不规则，不同区域土压差异大，且相比圆形盾构无线性规律可循；
3.为保证类矩形盾构的全断面切削，一般均布置多个刀盘，为防止刀盘直接互相干扰或触碰，类矩形盾构土仓内搅拌棒布置受到局限，加剧了土压力控制的难度。
一般盾构施工中，除了使用传统的结合盾构推力、刀盘扭矩、推进速度、螺旋机转速等施工参数来控制开挖面的稳定性，特别是在整个管片拼装阶段，正面土仓土压力值下降严重，致使盾构切口位置地面沉降较大，为更好控制开挖面的稳定性，有必要在盾构中提供一种土压自动补偿装置，通过改变土仓的体积来实现土压的调节，维持土压平衡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过改变土仓的体积来实现土压的调节，维持土压平衡的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，包括：
外圈桶体，安装于类矩形盾构的土仓壳体上；
推进桶体，设于所述外圈桶体内并通过伸缩油缸与所述外圈桶体连接，所述土仓壳体上开设有供所述推进桶体穿设的推进口；以及
密封结构，设于所述外圈桶体的内壁上且封堵于所述外圈桶体的内壁与所述推进桶体的外壁之间的间隙。
本发明进一步的改进在于，
所述外圈桶体的第一端设有第一开口，所述第一开口与所述土仓壳体连接，所述外圈桶体的第二端设有密封底板，所述伸缩油缸的第一端与所述密封底板连接；
所述推进桶体的第一端设有第二开口，所述第二开口插入至所述外圈桶体内，所述推进桶体的第二端设有推进端板，所述伸缩油缸的第二端穿过所述第二开口并与所述推进端板连接。
本发明进一步的改进在于，所述伸缩油缸的第一端通过螺栓与所述密封底板固定连接；所述伸缩油缸的第二端为液压推抵端，所述液压推抵端通过螺栓与所述推进端板固定连接。
本发明进一步的改进在于，所述密封底板向外延伸形成延伸底板，所述外圈桶体的外壁上设有加强筋板，所述加强筋板的第一端与所述延伸底板连接，所述加强筋板的第二端与所述土仓壳体连接。
本发明进一步的改进在于，所述密封结构包括密封圈和密封圈压板，所述密封圈的一侧通过所述密封圈压板压设于所述外圈桶体的内壁上，所述密封圈的另一侧设有贴紧于所述推进桶体的外壁的齿形棱。
本发明进一步的改进在于，所述密封圈和所述密封圈压板设于临近所述外圈桶体的第一端的位置。
本发明进一步的改进在于，在所述类矩形盾构的土仓壳体的两侧对称安装多个所述土压自动补偿装置。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
采用外圈桶体及通过伸缩油缸安装于外圈桶体中的推进桶体构成本发明的土压自动补偿装置，外圈桶体安装在类矩形盾构的土仓壳体上，土仓壳体上开设有供推进桶体穿设并进入到土仓内的推进口，通过伸缩油缸带动推进桶体做前后运动，向土仓内推进或收缩，改变土仓的体积，从而起到调节土仓内的土压力的作用；
同时，通过在外圈桶体的内壁和推进桶体的外壁之间设置密封结构，可以起到阻止外部泥水侵入的作用。
附图说明
图1为本发明用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置的剖面结构示意图。
图2为图1中密封结构的放大结构示意图。
图3为本发明用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先，参阅图1所示，本发明一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置10主要由外圈桶体11、推进桶体12、伸缩油缸13及密封结构14组成。
外圈桶体11安装于类矩形盾构的土仓壳体20上，推进桶体12设于外圈桶体11内并通过伸缩油缸13与外圈桶体11连接，土仓壳体20上开设有供推进桶体12穿设的推进口。当土仓内的土压力过低，低于土压力的设定值时，可以控制伸缩油缸推进，带动推进桶体12通过推进口向土仓内推进，减小土仓内的容置体积，从而增大土仓内的土压力，直至土仓内的土压力达到设定值；反之，当土仓内的土压力过高，高于土压力的设定值时，可以控制伸缩油缸收缩，带动推进桶体12从土仓内部向土仓外部收缩，进入外圈桶体11内，增大土仓内的容置体积，从而减小土仓内的土压力，直至土仓内的土压力达到设定值。由此，利用伸缩油缸13带动推进桶体12做前后运动，可以改变土仓的体积，从而起到调节土仓内的土压力的作用。
在本实施例中，外圈桶体11呈无盖桶状，外圈桶体11的第一端设有第一开口，且该第一开口与类矩形盾构的土仓壳体20连接，外圈桶体11的第二端焊接有密封底板111，伸缩油缸13的第一端通过螺栓与该密封底板11固定连接。推进桶体12亦呈无盖桶状，且该推进桶体12的桶径略小于外圈桶体11的桶径，推进桶体12的第一端设有第二开口，且该第二开口插入至外圈桶体11内，推进桶体12的第二端焊接有推进端板121，伸缩油缸13的第二端为液压推抵端，该液压推抵端穿过上述第二开口并通过螺栓固定于推进端板121的内表面，在推进端板121的外表面设有防护壳体122，该防护壳体122与推进端板121的外表面焊接，用于遮盖推进端板121上外露的螺栓，既美观，又能防止螺栓在土仓内的泥水作用下而生锈或脱落。本发明通过伸缩油缸13连接外圈桶体11和推进桶体12，可使推进桶体12在伸缩油缸13的带动下可沿外圈桶体11做往复运动。
进一步，将外圈桶体11第二端的密封底板111向外侧延伸形成延伸底板112，在外圈桶体11的外壁上设置加强筋板15，且使该加强筋板15的第一端与延伸底板112焊接固定，使该加强筋板15的第二端与类矩形盾构的土仓壳体20焊接固定，以增加整个土压自动补偿装置10在安装后的刚度。
密封结构14设于外圈桶体11的内壁上并封堵于外圈桶体11的内壁与推进桶体12的外壁之间的间隙，用于阻止外部泥水侵入。配合图2所示，密封结构14由密封圈141和密封圈压板142组成，且该密封圈141和该密封圈压板142设于临近外圈桶体11的第一端的位置。密封圈141的一侧通过密封圈压板压142设于外圈桶体11的内壁上，密封圈141的另一侧设有贴紧于推进桶体12的外壁的齿形棱1411。齿形棱1411向推进桶体12进入土仓的方向倾斜，一方面起到密封作用，密封外圈桶体11的内壁与推进桶体12的外壁之间的间隙，防止外部泥水侵入；另一方面还可以利用齿形棱1411向外批刮推进桶体12外壁上附着泥水。密封圈压板142通过螺栓固定在外圈桶体11的内壁上，从而将密封圈141牢牢地固定在外圈桶体11的内壁上，以避免密封圈141脱离。
在本实施中，如图2所示，密封圈141进一步由一道单齿形密封圈和一道双齿形密封圈组成，密封圈压板142由三道压板组成，三道压板分别分别通过螺栓固定在外圈桶体11的内壁上，位于中间的压板的两侧分别压住单齿形密封圈第一侧和双齿形密封圈的第一侧，位于左侧的压板的右侧压住单齿形密封圈的第二侧，位于右侧的压板的左侧压住双齿形密封圈的第二侧，从而利用三道压板将单齿形密封圈和双齿形密封圈固定在外圈桶体11的内壁上，并利用单齿形密封圈上的单圈齿形棱和双齿形密封圈上的双圈齿形棱紧贴推进桶体12的外壁，起到良好的密封作用。
在使用发明土压自动补偿装置10时，如图3所示，在类矩形盾构的土仓壳体的两侧对称安装多个土压自动补偿装置10，在类矩形盾构掘进过程中，实时监测土仓内的土压力值，当监测到土仓内的土压力小于设定值时，控制伸缩油缸13推进，带动推进桶体12向土仓内推进，减小土仓内的容置体积，从而提高土仓内的土压力，直至土仓内的土压力达到设定值，停止推进推进桶体12；当监测到土仓内的土压力大于设定值时，控制伸缩油缸13收缩，带动推进桶体12向土仓外的外圈桶体11内收缩，增大土仓内的容置体积，从而减小土仓内的土压力，直至土仓内的土压力达到设定值，停止收缩推进桶体12。
本发明一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置10采用外圈桶体11及通过伸缩油缸13安装于外圈桶体11中的推进桶体12构成土压自动补偿装置10，外圈桶体11安装在类矩形盾构的土仓壳体20上，土仓壳体20上开设有供推进桶体12穿设并进入到土仓内的推进口，通过伸缩油缸13可带动推进桶体12沿外圈桶体11做往复运动，向土仓内推进或收缩，改变土仓的体积，从而起到调节土仓内的土压力的作用；同时，通过在外圈桶体11的内壁和推进桶体12的外壁之间设置密封结构14，可以起到阻止外部泥水侵入的作用，以确保土压自动补偿装置10正常使用。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于，包括：
外圈桶体，安装于类矩形盾构的土仓壳体上；
推进桶体，设于所述外圈桶体内并通过伸缩油缸与所述外圈桶体连接，所述土仓壳体上开设有供所述推进桶体穿设的推进口；以及
密封结构，设于所述外圈桶体的内壁上且封堵于所述外圈桶体的内壁与所述推进桶体的外壁之间的间隙。
2.如权利要求1所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：
所述外圈桶体的第一端设有第一开口，所述第一开口与所述土仓壳体连接，所述外圈桶体的第二端设有密封底板，所述伸缩油缸的第一端与所述密封底板连接；
所述推进桶体的第一端设有第二开口，所述第二开口插入至所述外圈桶体内，所述推进桶体的第二端设有推进端板，所述伸缩油缸的第二端穿过所述第二开口并与所述推进端板连接。
3.如权利要求2所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：所述伸缩油缸的第一端通过螺栓与所述密封底板固定连接；所述伸缩油缸的第二端为液压推抵端，所述液压推抵端通过螺栓与所述推进端板固定连接。
4.如权利要求2所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：所述密封底板向外延伸形成延伸底板，所述外圈桶体的外壁上设有加强筋板，所述加强筋板的第一端与所述延伸底板连接，所述加强筋板的第二端与所述土仓壳体连接。
5.如权利要求1所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：所述密封结构包括密封圈和密封圈压板，所述密封圈的一侧通过所述密封圈压板压设于所述外圈桶体的内壁上，所述密封圈的另一侧设有贴紧于所述推进桶体的外壁的齿形棱。
6.如权利要求5所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：所述密封圈和所述密封圈压板设于临近所述外圈桶体的第一端的位置。
7.如权利要求1～6中任一项所述的用于调节类矩形盾构土压力的土压自动补偿装置，其特征在于：在所述类矩形盾构的土仓壳体的两侧对称安装多个所述土压自动补偿装置。
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