CN107449569A - 一种盾尾刷密封性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾尾刷密封性能测试装置及其测试方法，它包括框架、压力测试槽、上盖、压力监测装置；在所述压力测试槽的槽内底面上安装有多个待测试的被测尾刷；所述每个被测尾刷的内部均分别通过密封穿装在压力测试槽底板上所开设的供油通孔内的油脂管路与供油系统相连通；在被测尾刷倾斜方向最右端的腔体内通过密封穿装在压力测试槽底板上所开设的供浆通孔内的泥浆管路与浆液注入系统相连通；所述压力监测装置的压力信号输入端分别通过电缆与分别设置在高压腔和低压腔内的压力检测器相连接；采用该装置可实现对不同压力条件下盾尾刷选型和尾刷布置设计，避免因尾刷选型不当造成泄漏带来的隧道施工风险。

Description

一种盾尾刷密封性能测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种盾尾刷密封性能测试装置及其测试方法。

背景技术

在采用盾构进行隧道施工过程中，盾尾刷本身价值不高但是对盾构施工具有决定其成败的影响。盾构施工过程中主要是依靠在一个刚性壳体的掩护下，并通过安装管片不断向前掘进。因为掩护的壳体通过推进油缸不断向前掘进，为了保证壳体不把管片挤伤或者损坏，壳体与管片外侧之间留有一道环形缝隙，而管片外侧就是地下高压状态，内侧为常压工作状态，在实际工作过程中就是通过盾尾刷实现对刚壳体与管片外侧之间的环形缝隙进行密封。

在现有盾构设计过程中，常规的工程设计主要是依靠经验，国外的盾构安装4道尾刷，我们也安装4道，因为常规的工程压力低，如普通地铁只有2-3bar的压力，一般不会出现大的密封问题，但是随着我国经济的发展，各种大直径、高埋深水下隧道越来越多，如已经完成施工的纬三路隧道、崇明隧道、武汉过江隧道、广深港狮子洋铁路隧道、正在修建佛莞城际铁路狮子洋隧道、苏埃通道等，而目前我国正在筹划修建的琼州海峡隧道、渤海湾隧道等，特别是琼州海峡隧道埋深达170米，目前隧道施工行业尚无相关经验，因此对其施工的盾构必须采用科学的手段进行相关计算和实验验证。而盾尾刷对管片与护盾壳体之间的密封起着至关重要的作用，因此有必要针对盾尾刷密封性能进行相关的物理实验研究，通过开展物理实验，不但可以实现对目前现有水下盾构尾刷性能进行优化，也可对即将建设的超深埋隧道盾尾设计提供指导。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，而提供一种盾尾刷密封性能测试装置及其测试方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种盾尾刷密封性能测试装置，它包括框架，安装在框架两侧立柱之间中部的压力测试槽，扣装在压力测试槽上面的上盖，以及安装在框架上部的压力监测装置；所述上盖两侧安装有用于开启上盖的提升装置，在所述压力测试槽的槽内底面上以同向倾斜的方式间隔安装有多个待测试的被测尾刷，每个被测尾刷宽度方向的两侧面与压力测试槽槽体宽度内侧面密封贴合，每个被测尾刷的上端沿与上盖底面紧密贴合；所述每个被测尾刷的内部均分别通过密封穿装在压力测试槽底板上所开设的供油通孔内的油脂管路与供油系统相连通；在被测尾刷倾斜方向最右端的腔体内通过密封穿装在压力测试槽底板上所开设的供浆通孔内的泥浆管路与浆液注入系统相连通；所述压力监测装置的压力信号输入端分别通过电缆与分别设置在高压腔和低压腔内的压力检测器相连接。

进一步的，所述压力测试槽的上开口端面设置有环形的密封槽，所述密封槽与上盖下面设置的密封凸起相配合，并在密封槽内底面与密封凸起的下面之间设置有密封圈。

进一步的，所述提升装置为分别竖直设置在上盖两侧的液压油缸，所述液压油缸的伸缩杆端与上盖两侧的连接耳相连接，液压油缸的底部与框架下部设置的油缸座相连接。

进一步的，在所述压力测试槽的前面设置有用于观察压力测试槽内部油脂注入状况的观察窗。

进一步的，所述供油系统为安装在压力测试槽下部框架上的油脂站，所述油脂站的出油口通过油脂单向阀与油脂管路相连通。

进一步的，所述浆液注入系统为安装在压力测试槽下部框架上的泥浆站，所述泥浆站的出浆口通过泥浆单向阀与泥浆管路相连通。

进一步的，所述被测尾刷的下端安装在C形钢板的槽体内并通过螺栓固定在压力测试槽的槽内底面上。

一种利用上述盾尾刷密封性能测试装置测试盾尾刷密封性能的方法，所述方法包括以下步骤：

a、实验准备完成后，打开配电系统、液压系统和控制平台电脑，通过提升装置，打开压力测试槽的上盖，然后根据实验需求，安装不同的层数进行压力测试；

b、尾刷安装完成后，通过提升装置，关闭压力项上盖，然后开启油脂系统向尾刷注入油脂，通过透明的观察窗，观察油脂注入情况；

c、当油脂已经布满尾刷后，打开泥浆站向系统中注入一定压力的高压泥浆，进行保压，观察压力下降趋势并记录数据，如此完成一组数据采集。

具体的说，本发明的盾尾刷密封能测试装置为一个集成式的综合实验平台，该装置包含压力箱（上盖与压力测试槽的合体）、浆液注入系统、油脂注入系统等，当然还可以增加数据控制和采集系统，通过该装置可系统的开展不同类型尾刷或者不同层数尾刷密封压力测试及泄压情况，为盾尾刷密封设计选型提供指导。压力测试装置主要由框架；提升装置；密封装置；压力测试箱等。通过压力测试箱体，固定被测尾刷后，可实现高低压腔的隔离,通过监测高低压腔的压力情况，可以判断尾刷密封性能，压力测试箱是实现尾刷密封性能测试的主要功能部件。压力测试箱上盖与下面的压力测试槽之间通过安装的密封装置实现密封，由提升装置实现自动开箱，方便工作人员安装及拆卸盾尾刷。

本发明中的油脂注入系统主要包含油脂管路、油脂单向阀、油脂站等。油脂系统是尾刷实现密封的重要组成部分，在实际工程中，一方面用于填充尾刷钢丝之间的风险，实现保压，另一方面起润滑作用，降低尾刷与管片之间的摩擦，在本实验装置中主要是起密封作用。系统中的油脂单向阀主要是防止因系统压力造成压力箱内的浆液项油脂站内倒流，油脂站主要用于通过油脂管路向系统不断泵入高压油脂。

本发明中的浆液注入系统主要包含泥浆站、泥浆单向阀、泥浆管路。浆液注入系统主要是用于模拟工程地层高压状态。泥浆单向阀主要用于防止压力箱内的高压泥浆倒流进入泥浆站，泥浆站主要用于通过泥浆管路向系统不断泵入高压泥浆。本发明还包含其它配套设备，主要包含液压系统、配电系统、数据采集、控制、分析平台，通过数据平台，可自动实现对系统压力的加载、泄压、采集及分析。

本发明的有益效果是：采用该装置通过该装置可系统的开展不同类型尾刷或者不同层数尾刷密封压力测试及泄压情况，为盾尾刷密封设计选型提供指导，保证盾尾密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明的盾尾刷密封性能测试装置的原理图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明中被测尾刷的安装放大图。

1.框架 2.提升装置 3.密封装置 4.上盖 5.压力监测装置 6.被测尾刷 7.油脂管路 8.油脂单向阀 9.油脂站 10.泥浆站 11.泥浆单向阀 12.泥浆管路 13.压力测试槽14.高压腔 15.低压腔 16.C形钢板 17.螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明实施方式做进一步的说明。

如图1-2所示，本发明的盾尾刷密封性能测试装置，它包括框架1，安装在框架1两侧立柱之间中部的压力测试槽13，扣装在压力测试槽13上面的上盖4，以及安装在框架上部的压力监测装置5；所述上盖4两侧安装有用于开启上盖的提升装置2，在所述压力测试槽13的槽内底面上以同向倾斜的方式间隔安装有三个待测试的被测尾刷6，每个被测尾刷6宽度方向的两侧面与压力测试槽13槽体宽度内侧面密封贴合，每个被测尾刷6的上端沿与上盖4底面紧密贴合；所述每个被测尾刷6的内部均分别通过密封穿装在压力测试槽13底板上所开设的供油通孔内的油脂管路7与供油系统相连通，具体说是所述压力测试槽13的底板上开设有数量与被测尾刷相同的通孔，每个所述通孔内以密封方式均穿装有油脂管路7，所述每个油脂管路7的出油口与被测尾刷6内部相连通，油脂管路7的供油口与供油系统相连通；在被测尾刷6倾斜方向最右端的腔体内通过密封穿装在压力测试槽13底板上所开设的供浆通孔内的泥浆管路12与浆液注入系统相连通；所述压力监测装置5的压力信号输入端分别通过电缆与分别设置在高压腔14和低压腔15内的压力检测器相连接。

本实施例中的压力测试槽13的上开口端面设置有环形的密封槽，所述密封槽与上盖下面设置的密封凸起相配合，并在密封槽内底面与密封凸起的下面之间设置有密封圈。

本实施例中所述的提升装置2为分别竖直设置在上盖两侧的液压油缸，所述液压油缸的伸缩杆端与上盖两侧的连接耳相连接，液压油缸的底部与框架下部设置的油缸座相连接，当然，本发明中的提升装置也可以采用其他传统的直线提升装置。

本实施例在所述压力测试槽13的前面设置有用于观察压力测试槽内部油脂注入状况的观察窗。

本实施例中所述的供油系统为安装在压力测试槽下部框架上的油脂站9，所述油脂站的出油口通过油脂单向阀8与油脂管路相连通。

本实施例中所述的浆液注入系统为安装在压力测试槽下部框架上的泥浆站10，所述泥浆站的出浆口通过泥浆单向阀11与泥浆管路相连通。

如图3所示，本实施例中的被测尾刷6的下端安装在C形钢板16的槽体内并通过螺栓17固定在压力测试槽13的槽内底面上，这种安装结构可以较好的固定被测尾刷，并保持其方向的倾斜。

一种上述盾尾刷密封性能测试装置测试盾尾刷密封性能的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a、实验准备完成后，打开配电系统、液压系统和控制平台电脑，通过提升装置，打开压力测试槽的上盖，然后根据实验需求，安装不同的层数进行压力测试；

b、尾刷安装完成后，通过提升装置，关闭压力项上盖，然后开启油脂系统向尾刷注入油脂，通过透明的观察窗，观察油脂注入情况；

c、当油脂已经布满尾刷后，打开泥浆站向系统中注入一定压力的高压泥浆，进行保压，观察压力下降趋势并记录数据，如此完成一组数据采集；然后可通过泥浆站的泄压球阀，释放高压泥浆后再次进行不同压力测试。如此，可实现对不同尾刷、不同道数、不同压力的情况下对尾刷的密封新能进行测试。

Claims (8)

1.一种盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：它包括框架（1），安装在框架（1）两侧立柱之间中部的压力测试槽（13），扣装在压力测试槽（13）上面的上盖（4），以及安装在框架上部的压力监测装置（5）；所述上盖（4）两侧安装有用于开启上盖的提升装置（2），在所述压力测试槽（13）的槽内底面上以同向倾斜的方式间隔安装有多个待测试的被测尾刷（6），每个被测尾刷（6）宽度方向的两侧面与压力测试槽（13）槽体宽度内侧面密封贴合，每个被测尾刷（6）的上端沿与上盖（4）底面紧密贴合；所述每个被测尾刷（6）的内部均分别通过密封穿装在压力测试槽（13）底板上所开设的供油通孔内的油脂管路（7）与供油系统相连通；在被测尾刷（6）倾斜方向最右端的腔体内通过密封穿装在压力测试槽（13）底板上所开设的供浆通孔内的泥浆管路（12）与浆液注入系统相连通；所述压力监测装置（5）的压力信号输入端分别通过电缆与分别设置在高压腔（14）和低压腔（15）内的压力检测器相连接。

2.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：所述压力测试槽（13）的上开口端面设置有环形的密封槽，所述密封槽与上盖下面设置的密封凸起相配合，并在密封槽内底面与密封凸起的下面之间设置有密封圈。

3.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：所述提升装置（2）为分别竖直设置在上盖两侧的液压油缸，所述液压油缸的伸缩杆端与上盖两侧的连接耳相连接，液压油缸的底部与框架下部设置的油缸座相连接。

4.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：在所述压力测试槽（13）的前面设置有用于观察压力测试槽内部油脂注入状况的观察窗。

5.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：所述供油系统为安装在压力测试槽下部框架上的油脂站（9），所述油脂站的出油口通过油脂单向阀（8）与油脂管路相连通。

6.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：所述浆液注入系统为安装在压力测试槽下部框架上的泥浆站（10），所述泥浆站的出浆口通过泥浆单向阀（11）与泥浆管路相连通。

7.根据权利要求1所述的盾尾刷密封性能测试装置，其特征在于：所述被测尾刷（6）的下端安装在C形钢板（16）的槽体内并通过螺栓（17）固定在压力测试槽（13）的槽内底面上。

8.一种利用权利要求1所述盾尾刷密封性能测试装置测试盾尾刷密封性能的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a、实验准备完成后，打开配电系统、液压系统和控制平台电脑，通过提升装置，打开压力测试槽的上盖，然后根据实验需求，安装不同的层数进行压力测试；

b、尾刷安装完成后，通过提升装置，关闭压力项上盖，然后开启油脂系统向尾刷注入油脂，通过透明的观察窗，观察油脂注入情况；

c、当油脂已经布满尾刷后，打开泥浆站向系统中注入一定压力的高压泥浆，进行保压，观察压力下降趋势并记录数据，如此完成一组数据采集。