CN109139024B - 一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法，土舱纵向剖面呈上小下大的梯形，闸板装置设置于盾构机的土舱内，包括至少两根在土舱内呈横向水平设置的驱动转轴以及固定设置在驱动转轴上的闸板。本发明的优点是：能够使得土压平衡盾构机的土舱内土压力分布可控，使得土压力与开挖面上理论初始土压力更为接近，从而减小土压平衡盾构机施工过程中对周围地层的扰动影响。

Description

一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法

技术领域

本发明属于盾构隧道技术领域，具体涉及一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法。

背景技术

土压平衡盾构机施工过程中，开挖面的稳定性直接关系到盾构施工对周围环境与建筑物与构筑物的影响，现有的辐条式刀盘的盾构机中，辐条式刀盘主要依靠土舱内的土压力与开挖面进行平衡，从而防止开挖面发生失稳而发生坍塌或变形。然而，实际应用中土舱内的土压力在开挖面上的分布模式与开挖面原有的水平土压力分布相差较大，且土舱内的土压力的大小受出渣控制影响大。因此，盾构隧道施工过程中土舱内的土压力大小控制难度大。当土舱内的土压力与开挖面的水平压力相差较大时，将加大盾构施工过程中对周围地层的扰动影响，从而影响周围环境与建筑物与构筑物。

此外，辐条式刀盘盾构机在刀具检查与刀具更换过程中，需要带压进行操作，如通过形成泥膜，再通过气压进行平衡开挖面。在此过程中可靠的泥膜形成工艺复杂，且气压平衡控制难度大，因此在隧道内更换刀具的风险大。

因此有必要对土舱进行改进以克服土舱内的土压力难以平衡的问题。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法，该闸板装置通过在土舱内设置多个可转动的闸板对土舱内各水平位置的压力进行调控，提高了对盾构机土舱压力的平衡能力。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种盾构土舱内的闸板装置，其特征在于，所述闸板装置设置于盾构机的土舱内，包括至少两根在所述土舱内呈横向水平设置的驱动转轴以及固定设置在所述驱动转轴上的闸板。

所述闸板呈长方形板状结构。

所述闸板处于水平状态时的纵向长度为所处水平位置处的所述土舱深度的4/5-9/10。

所述闸板的横向宽度为所处水平位置的所述土舱宽度的3/4-9/10。

同一水平位置间隔地设置有多个独立的所述驱动转轴以及所述闸板。

所述驱动转轴及其上的所述闸板在所述土舱中从上至下依次间隔分布。

所述土舱的壁板倾斜设置，所述壁板上端靠近所述盾构机的刀盘，所述壁板下端远离所述刀盘，从而使所述土舱的纵向剖面呈直角梯形；所述驱动转轴在水平面上与所述土舱的壁板和所述盾构机的刀盘的距离相等。

所述闸板前端上部设置有若干土压力传感器，所述土压力传感器与所述驱动转轴通讯连接。

一种涉及任一所述的盾构土舱内的闸板装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：土压传感器实时感应当前土舱内土压力数据并发送至驱动转轴，所述驱动转轴根据所在水平位置的土压数据对所属的所述闸板的转动角度进行调整。

所述闸板的转动角度的范围为0-180度，所述闸板与竖直面的夹角随所述土压力数据减小而增大。

本发明的优点是：（1）能够使得辐板式土压平衡盾构机的土舱内土压力分布可控，使得土压力与开挖面上理论初始土压力更为接近，从而减小辐板式土压平衡盾构隧道施工过程中对周围地层的扰动影响；（2）在刀盘更换刀具时，通过闸板对土舱进行分隔，提高换刀区域的土压稳定性，从而降低刀具更换过程中的风险。

附图说明

图1为本发明实施例中一种盾构土舱内的闸板装置的闸板水平状态下的侧面剖视结构示意图；

图2为本发明实施例中一种盾构土舱内的闸板装置的闸板倾斜状态下的侧面剖视结构示意图；

图3为本发明实施例中土舱内的正面剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3，图中标记1-8分别为：闸板1、壁板2、刀盘3、驱动转轴4、刀盘驱动装置5、螺旋输送机6、盾构机7、土舱8。

实施例：如图1-3所示，本实施例具体涉及一种盾构土舱内的闸板装置及其工作方法，通过在土舱8内设置多个可转动的闸板1对土舱8内各水平位置的压力进行调控，提高了对盾构机7的土舱8压力的平衡能力。

如图1-3所示，本实施例中的盾构土舱内的闸板装置设置于盾构机7的土舱8内，包括至少两根在土舱8内呈横向水平设置的驱动转轴4以及固定设置在驱动转轴4上的闸板1，各驱动转轴4及其上的闸板1在土舱8内自上而下依次间隔设置，具体可以是沿竖直直线或倾斜直线间隔分布。驱动转轴4位于闸板1中心位置且贯穿闸板1，闸板1可设置为长方形或椭圆形的板状结构。土舱8内设置有若干土压传感器，土压传感器与驱动转轴4通讯连接，土压传感器直接对于土舱8内各个水平位置的土压进行监测，并将监测结果发送至驱动转轴4，再通过驱动转轴4控制闸板1进而对土舱8内的各区域的压力进行平衡处理，实现根据土舱8内的土压分布调整闸板1的角度，以使土舱8内的土压力分布与开挖面上的理论土压力分布接近。闸板1在驱动转轴4的驱动下在土舱8内转动，能够控制将土舱8内部分区域与其他区域的连通状态，进而能够控制土舱8内的水土流动状态，实现对土舱8内的压力进行平衡。

如图1和图3所示，闸板1处于水平状态时的纵向长度接近所处水平位置处的土舱8深度，闸板1的纵向长度可为所处水平位置的土舱8深度的4/5-9/10，其中土舱8深度是指同一水平位置上壁板2和刀盘3的距离。闸板1的横向宽度与所处水平位置的土舱8宽度接近，闸板1的横向宽度为所处水平位置的土舱8宽度的3/4-9/10，其中土舱8宽度为水平位置上两个土舱8内侧壁的距离。

如图3所示，对于土舱8部分区域存在机械结构，在同一水平面上无法设置一个完整的闸板1的情况，将单一闸板1分隔为多块。也就相当于，同一水平位置间隔地设置有多个独立的驱动转轴4以及闸板1。在同一土舱8内可以混用单一闸板1和多个间隔闸板1的闸板装置，从而达到最大限度对每个水平位置进行土压平衡的控制。机械结构包括但不限于刀盘驱动装置5，土压检测装置，刀盘检修装置5。

如图1和图2所示，土舱8的壁板2倾斜设置，土舱8的壁板2上端靠近刀盘3，土舱8的壁板2下端远离刀盘3。驱动转轴4在水平面上与壁板2和刀盘3的距离相等。现有盾构机土舱8中，受沉降影响导致土舱8下部压力大和上部压力小的情况，采用倾斜设置的壁板2对土舱8上下部的压力均衡处理。同将驱动转轴4设置在土舱8的中间位置，使得闸板1也能够最大限度的对土舱8各个区域的土压进行调节和管理。土舱8的底部连通螺旋输送机6，将土舱8底部的渣土取出，在土舱8的压力平衡过程中，通过最底部的闸板1的转动角度控制土舱8上方渣土流到底部速度，在通过螺旋输送机6控制渣土取出速度，实现对土舱8底部更为完善的土压控制。

如图1-3所示，涉及上述盾构土舱内的闸板装置的工作方法，包括以下步骤：在盾构机7掘进过程中，土压力传感器实时感应当前土舱8内各土压力数据并发送至驱动转轴4，驱动转轴4根据所在土压力数据对所属的闸板1的转动角度进行调整。闸板1的转动角度的范围为0-180度，闸板与竖直面的夹角随土压力数据减小而增大。闸板1在驱动转轴4的驱动下实现在土舱8内逆时针方向可转90度以及顺时针方向可转90度，其中闸板1与竖直线的夹角越大，切削到土舱8内的土体越不容易落下，则该土舱8内闸板1到上一块土舱8内闸板1之间的土舱8区域的水平土压力就越大。

如图1所示，本实施例中的盾构机7在更换刀盘3的刀具时，在驱动转轴4的控制下闸板1处于水平状态，此时土舱8被闸板1分隔为多个压力稳定的区域，在土舱8的每个区域中更容易形成泥膜，从而降低刀具更换过程中的风险

本实施例的优点是：能够使得辐板式土压平衡盾构机的土舱8内土压力分布可控，使得土压力与开挖面上理论初始土压力更为接近，从而减小辐板式土压平衡盾构隧道施工过程中对周围地层的影响。在刀盘3更换刀具时，通过闸板对土舱8进行分隔，提高换刀区域的土压稳定性，从而降低刀具更换过程中的风险。

Claims (1)

1.一种盾构土舱内的闸板装置的工作方法，其特征在于，所述闸板装置设置于盾构机的土舱内，包括至少两根在所述土舱内呈横向水平设置的驱动转轴以及固定设置在所述驱动转轴上的闸板；

所述闸板呈长方形板状结构；

所述闸板处于水平状态时的纵向长度为所处水平位置处的所述土舱深度的4/5-9/10；

所述闸板的横向宽度为所处水平位置的所述土舱宽度的3/4-9/10；

同一水平位置间隔地设置有多个独立的所述驱动转轴以及所述闸板；

所述驱动转轴及其上的所述闸板在所述土舱中从上至下依次间隔分布；

所述土舱的壁板倾斜设置，所述壁板上端靠近所述盾构机的刀盘，所述壁板下端远离所述刀盘，从而使所述土舱的纵向剖面呈直角梯形；所述驱动转轴在水平面上与所述土舱的壁板和所述盾构机的刀盘的距离相等；

所述闸板前端上部设置有若干土压力传感器，所述土压力传感器与所述驱动转轴通讯连接；

所述工作方法包括以下步骤：土压传感器实时感应当前土舱内土压力数据并发送至驱动转轴，所述驱动转轴根据所在水平位置的土压数据对所属的所述闸板的转动角度进行调整；

所述闸板的转动角度的范围为0-180度，所述闸板与竖直面的夹角随所述土压力数据减小而增大。