CN108868792B - 盾尾密封刷和盾尾密封结构 - Google Patents
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Abstract
盾尾密封刷和盾尾密封结构，通过密封刷骨架板依次固定有前弹性片、中弹性片和后弹性片，三片弹性片的端部均能够紧贴在管片上，任意相邻两弹性片之间夹裹有密封块，密封块通过密封刷骨架板固定，密封块的端面能够紧贴在管片上，相邻两弹性片之间和相邻弹性片与密封块之间留有用于充填油脂的间隙，盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道。盾尾密封结构包括上述盾尾密封刷。该盾尾密封刷和盾尾密封结构具有密封效果好、耐久性强、能适应不同埋深和压力环境的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到一种隧道施工盾构机用配件领域，尤其涉及盾尾密封刷和盾尾密封结构。
背景技术
盾尾密封结构作为盾构机的重要结构，在盾构掘进过程中起到防止周围地层的土砂、地下水及背后的填充浆液等从盾尾间隙流向盾构掘削舱从而保障施工安全的重要作用。
目前，常用的盾尾密封结构由盾尾密封刷和盾尾油脂组成。一般盾尾密封刷纵向取2～3道，环向均匀安装在盾构机尾部的圆形盾壳上。盾尾油脂通过油脂注入孔注入相邻盾尾密封刷形成的空腔内。随着盾构机的推进，盾尾密封刷的弹性钢片、钢丝与管片保持挤压状态，相邻盾尾密封刷之间间形成密闭的空腔。盾尾油脂持续地打进所形成的空腔内，保持管片与盾壳间的间隙密封良好，达到止水、止浆的目的。然而在使用过程中存在以下不足：
一、在错位和曲线部位等管片易发生偏心的场合下，盾尾密封刷受管片过度挤压，易产生塑性变形，失去弹性，密封耐压能力降低。
二、由于盾构不断掘进，盾尾内壁与管片外圈间摩擦力很大，盾尾密封刷和管片外周易磨损从而导致密封性降低。
三、盾尾水泥浆进入盾尾密封刷后，易糊住钢丝，使得其失去弹性，降低密封性能。
四、盾尾油脂需持续地打进油脂空腔内以保证密封效果，当盾尾密封刷密封能力降低后油脂易外泄，油脂用量增大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种密封效果好、耐久性强、能适应不同埋深和压力环境的盾尾密封刷及盾尾密封结构，以保证掘进工程的安全和质量。
为了实现要发明的目的，所采用的技术方案为：提供了第一种盾尾密封刷，包括密封刷骨架板，通过密封刷骨架板依次固定有前弹性片、中弹性片和后弹性片，三片弹性片的端部均能够紧贴在管片上，任意相邻两弹性片之间夹裹有密封块，所述密封块通过密封刷骨架板固定，所述密封块的端面能够紧贴在管片上，相邻两弹性片之间和相邻弹性片与密封块之间留有用于充填油脂的间隙，所述盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道。
作为本发明的进一步改进，所述通道为密封刷骨架板上设置的侧向油脂注入孔，所述侧向油脂注入孔连通至相邻两弹性片之间和弹性片与密封块之间的间隙。
作为本发明的进一步改进，所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有前弹性片衬板，所述前弹性片衬板贴靠在前弹性片上。
作为本发明的进一步改进，所述盾尾密封刷上的三片弹性片和密封块均呈L形折曲，所述密封块夹裹在前弹性片和中弹性片之间，所述密封块为橡胶密封块。
作为本发明的进一步改进，所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有尾部弹性片，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部与后弹性片反方向设置。
上述盾尾密封刷的有益效果为：盾尾密封刷通过三片弹性片的设置，增加了弹性片与管片间的接触，形成三个接触点，在管片与盾尾发生设计允许偏差的状态下，仍可形成有效油脂密封环，保证密封目的；同时，相邻两弹性片之间留有用于充填油脂的间隙，盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道，通过该通道往弹性片之间的间隙中注入填充油脂，弹性片在注脂压力的作用下紧密压在管片上，能够提高并保证密封效果；相邻两弹性片之间夹裹密封块，密封块与弹性片之间留有用于充填油脂的间隙，密封块在注脂压力的作用下，与管片紧密贴合，结合弹性片，构成以密封块为主，弹性片结合油脂为辅的密封设计，相比于常规的弹性片夹裹钢丝刷组成的弹性密封，本发明所述盾尾密封刷的密封性能得到增强，使方盾尾密封刷能适应不同水压环境，避免因盾尾水泥浆进入盾构密封刷中糊住钢丝刷而导致的密封性能降低，有效防止泥渣、水等进入密封结构或者盾构机内，也有效避免因密封性能降低或失效而导致的油脂外泄，具有密封性能好，耐久性能好，油脂用量小的特点，能够满足不同埋深或压力环境要求，橡胶块的端面型式可根据隧道埋深、压力环境等，灵活选用。
本发明还提供了第二种盾尾密封刷，包括密封刷骨架板，通过密封刷骨架板依次固定有前弹性片、中弹性片和后弹性片，三片弹性片的端部均能够紧贴在管片上，相邻两弹性片之间留有用于充填油脂的间隙，所述盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道。
作为本发明的进一步改进，所述通道为中弹性片和后弹性片上设置的供油脂流通的油脂通孔，且中弹性片和后弹性片上的油脂通孔错位设置。
作为本发明的进一步改进，所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还设有前弹性片衬板和尾部弹性片，所述前弹性片衬板贴靠在前弹性片上，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部能够紧贴在盾构机壳体上，所述通道为中弹性片、后弹性片和尾部弹性片上设置的供油脂流通的油脂通孔，且中弹性片和后弹性片上的油脂通孔错位设置，后弹性片和尾部弹性片上的油脂通孔同位设置。
上述盾尾密封刷的有益效果为：盾尾密封刷通过三片弹性片的设置，增加了弹性片与管片间的接触，形成三个接触点，在管片与盾尾发生设计允许偏差的状态下，仍可形成有效油脂密封环，保证密封目的；同时，相邻两弹性片之间留有用于充填油脂的间隙，盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道，通过该通道往弹性片之间的间隙中注入填充油脂，弹性片在注脂压力的作用下压紧在管片上，能够提高并保证密封效果。
本发明还提供了一种盾尾密封结构，盾构机壳体尾部固定有至少两道第一种盾尾密封刷和至少一道第二种盾尾密封刷，相邻的两道盾尾密封刷之间形成用于填充油脂的油腔，所述盾构机壳体在油腔的位置上设有油脂注入孔；第二种盾尾密封刷设置在盾尾密封刷的最前端，所述盾构机壳体在第二种盾尾密封刷的上方设有油脂注入孔。
作为本发明的进一步改进，最末端的盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有尾部弹性片，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部与后弹性片反方向设置。
上述盾尾密封结构的有益效果为：油腔内通过油脂注入孔注入油脂形成油脂密封环，结合上述的两种盾尾密封刷，构成以密封块密封为主，弹性片结合油脂为辅的组合式密封设计，能满足不同埋深或压力环境要求，密封性能好；该盾尾密封结构的耐久性能好，能避免因水泥浆进入密封结构中导致密封性能降低，能够有效防止泥渣、水等进入油腔或盾构机内，也有效避免因密封性能降低或失效导致的油脂外泄；密封块端面型式和盾尾密封刷道数，可根据隧道埋深，进行相应断面选用，具有适用性强的特点。
附图说明
图1为本发明所述盾尾密封结构示意图；
图2为本发明所述前密封刷结构示意图；
图3为本发明所述中密封刷结构示意图；
图4为本发明所述后密封刷结构示意图；
标记说明：1-前密封刷、11-密封刷骨架板、12-前弹性片衬板、13-前弹性片、14-中弹性片、15-后弹性片、16-尾部弹性片、17-间隙、18-油脂通孔、2-中密封刷、21-密封刷骨架板、22-前弹性片衬板、23-前弹性片、24-密封块、25-中弹性片、26-后弹性片、27-间隙、28-侧向油脂注入孔、3-后密封刷、31-密封刷骨架板、32-前弹性片衬板、33-前弹性片、34-密封块、35-中弹性片、36-后弹性片、37-间隙、38-侧向油脂注入孔、39-尾部弹性片、4-盾构机壳体、41-油脂注入孔、42-油脂注入孔、5-油腔、6-管片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种盾尾密封结构，包括依次固定在盾构机壳体4尾部的前密封刷1、中密封刷2和后密封刷3，相邻的两密封刷1、2、3之间形成用于填充油脂的油腔5，盾构机壳体4在油腔5的位置上设有油脂注入孔41，同时也在前密封刷1的上方设置有油脂注入孔42，其中，
前密封刷1如图2所示，包括密封刷骨架板11，通过密封刷骨架板11依次固定有前弹性片衬板12、前弹性片13、中弹性片14、后弹性片15和尾部弹性片16。前弹性片衬板12贴靠在前弹性片13上，对前弹性片13起到支撑加固的作用；前弹性片13、中弹性片14和后弹性片15呈L形折曲，三者的端部均能够紧贴在管片6上，相邻两弹性片13、14、15之间留有用于充填油脂的间隙17，前密封刷1上设有将油脂注入到间隙17中的通道；尾部弹性片16紧靠在后弹性片15上，呈弧形弯曲，端部能够紧贴在盾构机壳体4上，油脂注入孔42设在尾部弹性片16的上方。所述通道为中弹性片14、后弹性片15和尾部弹性片16上设置的供油脂流通的油脂通孔18，且中弹性片14和后弹性片15上的油脂通孔18错位设置，后弹性片15和尾部弹性片16上的油脂通孔18同位设置。通过设置在尾部弹性片16上方的油脂注入孔42往前密封刷1中注入油脂，在注脂压力的作用下，尾部弹性片16紧贴在盾构机壳体4上，同时，尾部弹性片16也对前弹性片13、中弹性片14和后弹性片15产生一定的顶压力，并且，由于中弹性片14和后弹性片15上的油脂通孔18错位设置，使得油脂在填充前弹性片13、中弹性片14和后弹性片15之间的间隙17时，产生一定的顶压力，两种顶压力相结合，使前弹性片13、中弹性片14和后弹性片15的端部紧密地顶压在管片6上，从而使整个前密封刷1形成一种密封状态，具有密封效果好的特点。此外，密封结构油腔5中的油脂对前密封刷1产生一定的压力，使弹性片13、14、15、16之间的油脂压力与油腔5的油脂压力相互作用，可防止弹性片13、14、15、16在油脂压力人作用下往内翻或者往外翻，造成形变，影响密封效果。
中密封刷2如图3所示，包括密封刷骨架板21，通过密封刷骨架板21依次固定有前弹性片衬板22、前弹性片23、密封块24、中弹性片25和后弹性片26。前弹性片衬板22贴靠在前弹性片23上；前弹性片23、密封块24、中弹性片25和后弹性片26呈L形折曲，密封块24为橡胶密封块24，三弹性片23、25、26的端部和橡胶密封块24的端面均能够紧贴在管片上，相邻两弹性片23、25、26之间和相邻弹性片23、25、26与橡胶密封块24之间留有用于充填油脂的间隙27，中密封刷2上设有将油脂注入到间隙27中的通道。所述通道为密封刷骨架板21上设置的侧向油脂注入孔28，侧向油脂注入孔28连通至相邻两弹性片23、25、26之间和弹性片23、25、26与橡胶密封块24之间的间隙27。通过侧向油脂注入孔28往相邻两弹性片23、25、26之间和相邻弹性片23、25、26与橡胶密封块24之间的间隙27中注入油脂，使弹性片23、25、26和橡胶密封块24在油脂压力的作用下紧贴在管片6上，此外，密封结构油腔5中的油脂对中密封刷2产生一定的压力，使弹性片23、25、26之间的油脂压力与油腔5的油脂压力相互作用，可防止弹性片23、25、26在油脂压力的作用下往内翻或者往外翻，造成形变，影响密封效果。
后密封刷3如图4所示，后密封刷3的结构与中密封刷2的结构大体相同，同样包括密封刷骨架板31、前弹性片衬板32、前弹性片33、密封块34、中弹性片35、后弹性片36、间隙37和侧向油脂注入孔38，其区别仅在于：后密封刷3通过密封刷骨架板31还固定有尾部弹性片39，尾部弹性片39紧靠在后弹性片36上，尾部弹性片39呈弧形弯曲，端部与后弹性片36反方向设置。后密封刷3上尾部弹性片39结合后弹性片36，在盾尾注浆压力的作用下，尾部弹性片39和后弹性片36分别压紧在隧道洞壁和管片6上，形成密封，避免注浆浆液泄露。
本发明中，盾尾密封结构的前、中、后密封刷均采用三弹性片设计；前密封刷的弹性片间、前密封刷与盾构机壳体间注入填充油脂，使得三片弹性片和尾部弹性片在注浆压力的作用下压紧在管片和盾构机壳体上，提高并保证密封效果；中密封刷和后密封刷采用前、中两片弹性片夹裹橡胶密封块，代替现有技术中弹性片夹裹弹性钢丝的方案，通过橡胶密封块形成的橡胶密封环与管片紧密贴合，在弹性片间注满油脂；三道密封刷紧贴在管片上形成两个油腔，油腔内通过油脂注入孔注入油脂形成油脂密封环，构成以橡胶密封块密封为主，弹性结合油脂为辅的组合式盾尾密封结构。前、中、后密封刷采用三弹性片的设计，增加了弹性片与管片间的接触，形成三个接触点，在管片与盾尾发生设计允许偏差的状态下，仍可形成有效油脂密封环，保证密封目的。以橡胶密封块代替弹性钢丝刷，其可与管片紧贴，形成以橡胶密封块密封为主，弹性片结合油脂为辅的密封设计，增强了密封性能，能适应不同的埋深和水压环境，避免因盾尾水泥浆进入盾尾密封后糊住钢丝而导致的密封性能降低，有效防止泥渣、水等进入油腔或盾构机内，也有效避免因密封性能降低或失效而导致的油脂外泄，具有密封性能好，耐久性能好，油脂用量小的特点，能满足低、中、高土压环境。密封刷上的橡胶密封块端面型式和密封刷道数，可根据隧道埋深、压力环境等，灵活选用。隧道埋深大于60m时，可增加后密封刷道数，以确保盾尾密封安全。
综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (8)
1.一种盾尾密封刷，包括密封刷骨架板，其特征在于：通过密封刷骨架板依次固定有前弹性片、中弹性片和后弹性片，三片弹性片的端部均能够紧贴在管片上，任意相邻两弹性片之间夹裹有密封块，所述密封块通过密封刷骨架板固定，所述密封块的端面能够紧贴在管片上，相邻两弹性片之间和相邻弹性片与密封块之间留有用于充填油脂的间隙，所述盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道，所述通道为密封刷骨架板上设置的侧向油脂注入孔，所述侧向油脂注入孔连通至相邻两弹性片之间和弹性片与密封块之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种盾尾密封刷，其特征在于：所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有前弹性片衬板，所述前弹性片衬板贴靠在前弹性片上。
3.根据权利要求1所述的一种盾尾密封刷，其特征在于：所述盾尾密封刷上的三片弹性片和密封块均呈L形折曲，所述密封块夹裹在前弹性片和中弹性片之间，所述密封块为橡胶密封块。
4.根据权利要求1所述的一种盾尾密封刷，其特征在于：所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有尾部弹性片，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部与后弹性片反方向设置。
5.一种盾尾密封刷，包括密封刷骨架板，其特征在于：通过密封刷骨架板依次固定有前弹性片、中弹性片和后弹性片，三片弹性片的端部均能够紧贴在管片上，相邻两弹性片之间留有用于充填油脂的间隙，所述盾尾密封刷上设有将油脂注入到所述间隙中的通道，所述通道为中弹性片和后弹性片上设置的供油脂流通的油脂通孔，且中弹性片和后弹性片上的油脂通孔错位设置。
6.根据权利要求5所述的一种盾尾密封刷，其特征在于：所述盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还设有前弹性片衬板和尾部弹性片，所述前弹性片衬板贴靠在前弹性片上，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部能够紧贴在盾构机壳体上，所述通道为中弹性片、后弹性片和尾部弹性片上设置的供油脂流通的油脂通孔，且中弹性片和后弹性片上的油脂通孔错位设置，后弹性片和尾部弹性片上的油脂通孔同位设置。
7.一种盾尾密封结构，其特征在于：盾构机壳体尾部固定有至少两道如权利要求1-3任一项所述的盾尾密封刷和至少一道如权利要求5-6任一项所述的盾尾密封刷，相邻的两道盾尾密封刷之间形成用于填充油脂的油腔，所述盾构机壳体在油腔的位置上设有油脂注入孔；至少一道如权利要求5-6任一项所述的盾尾密封刷设置在所有盾尾密封刷的最前端，所述盾构机壳体在最前端的盾尾密封刷的上方设有油脂注入孔。
8.根据权利要求7所述的一种盾尾密封结构，其特征在于：至少一道如权利要求1-3任一项所述的盾尾密封刷设置在所有盾尾密封刷的最末端，最末端的盾尾密封刷上通过密封刷骨架板还固定有尾部弹性片，所述尾部弹性片紧靠在后弹性片上，且端部与后弹性片反方向设置。
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