CN112324447A - 一种可实现地下对接的盾构设备及对接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现地下对接的盾构设备及对接方法，解决了现有技术中盾构对接效率低、密封效果不佳的问题。本发明盾构设备包括相对设置的接收侧盾构和贯入侧盾构，所述接收侧盾构包括第一盾体，第一盾体内设有轴向伸缩式刀盘Ⅰ；所述贯入侧盾构包括第二盾体，第二盾体内设有轴向伸缩式刀盘Ⅱ，第二盾体的前端设有贯入切口环，对接状态时，贯入切口环贯入第一盾体且与第一盾体配合处设有物理密封机构或化学密封机构。本发明在对接处设置物理密封机构或化学密封机构，针对不同地层采用不同密封止水方式，提高密封效果和施工安全系数，适用于高水压、超长距离条件下的水下对接方案，对超长距离隧道施工有一定的参考意义。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种可实现地下对接的盾构设备及对接方法。
背景技术
随着超长距离、超高水压隧道的需求越来越多，对盾构施工、盾构设计也提出了越来越多的挑战。世界上同时面临超长距离、高水压的盾构隧道项目可参考项目较少。目前，盾构机一般掘进使用寿命为10km，由于穿江过海或其他客观条件不允许设置中间工作井，超长距离掘进增加了施工过程中盾构机关键部件安全风险；盾构机一旦在洞内出现重大故障或异常损坏，将面临无法进行修复和检修的难题。现有文献CN201910623576.6公开的盾构地下对接结构及施工方法的插入环室内设置有插入环，所述插入环的末端与千斤顶相连；另一台所述盾构机的盾壳内表面设置有与所述插入环室相对应的接收环室，所述接收环室内设置有第二密封件，进行机械密封，且施工复杂，因此提出一种高效密封、操作简单的盾构地下对接的方式进行隧道施工很有必要。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种可实现地下对接的盾构设备及对接方法，解决了现有技术中盾构对接效率低、密封效果不佳的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种可实现地下对接的盾构设备，包括相对设置的接收侧盾构和贯入侧盾构，所述接收侧盾构包括第一盾体，第一盾体内设有轴向伸缩式刀盘Ⅰ；所述贯入侧盾构包括第二盾体，第二盾体内设有轴向伸缩式刀盘Ⅱ，第二盾体的前端设有贯入切口环，对接状态时，贯入切口环贯入第一盾体且与第一盾体配合处设有物理密封机构或化学密封机构。
所述物理密封机构包括设置在第一盾体前部的接收切口环，接收切口环的内环面上设有冷却管，冷却管通过管道与冷却系统相连接；接收切口环的直径大于贯入切口环的直径。
所述化学密封机构包括设置在贯入切口环外环面上设有止水喷口，止水喷口通过管道与化学止水剂系统相连接，贯入切口环为前小后大的锥形壳。所述化学止水剂系统采用的化学止水剂为聚氨酯。
所述轴向伸缩式刀盘Ⅰ和轴向伸缩式刀盘Ⅱ均包括刀盘本体和主驱动，主驱动通过伸缩驱动机构滑动设置在相应的第一盾体和第二盾体内，刀盘本体上设有常压刀具且刀盘本体的外缘处设有径向伸缩保径刀。
所述伸缩驱动机构为轴向设置的伸缩油缸，伸缩油缸的一端与主驱动连接、另一端与相应的第一盾体、第二盾体连接。
所述第一盾体和第二盾体上均设有超前注浆孔，超前注浆孔通过管道与注浆系统相连接。
一种所述的可实现地下对接的盾构设备的对接方法，步骤如下：
S1：接收侧盾构的轴向伸缩式刀盘Ⅰ上的径向伸缩保径刀沿径向方向回缩，拆除常压刀具，伸缩驱动机构驱使轴向伸缩式刀盘Ⅰ整体回退；
S2：贯入侧盾构继续向前掘进，抵达至与接收侧盾构设定距离范围内；
S3：贯入侧盾构的轴向伸缩式刀盘Ⅱ上的径向伸缩保径刀沿径向方向回缩，拆除常压刀具，伸缩驱动机构驱使轴向伸缩式刀盘Ⅱ整体回退；
S4：贯入侧盾构向前推进，缓慢进入接收侧盾构的第一盾体内，直至第二盾体前端的贯入切口环与第一盾体前端的接收切口环紧贴；
S5：对贯入切口环和接收切口环之间的间隙进行密封止水；
S6：在密封止水达到要求后，对贯入切口环与接收切口环重叠部位的接缝进行焊接固定，完成盾构设备的对接。
步骤S5中对贯入切口环和接收切口环之间的间隙进行密封止水的具体步骤如下：
S5.1：在含水率较低的地层：第二盾体内的止水系统通过止水喷口向贯入切口环与接收切口环之间的间隙内注入止水浆液，将贯入切口环和接收切口环密封，实现第一盾体与第二盾体之间的密封止水；
S5.2：在含水率较高的地层：第一盾体内的冷却系统通过冷却管对进入贯入切口环与接收切口环之间的泥水进行冷冻法，将贯入切口环和接收切口环密封，实现第一盾体与第二盾体之间的密封止水。
在步骤S1~S4中，接收侧盾构和贯入侧盾构的注浆系统通过超前注浆孔对周边隧洞裂缝适当加固和止水，实现外侧地层失稳支护，为接收侧盾构和贯入侧盾构在地下对接提供保障。
本发明在对接处设置物理密封机构或化学密封机构，针对不同地层采用不同密封止水方式，提高密封效果和施工安全系数，适用于高水压、超长距离条件下的水下对接方案，对超长距离隧道施工有一定的参考意义。本申请盾构设备通过两台盾构机相向掘进，地下对接，实现超长距离隧道盾构安全掘进，提高施工效率；且盾构地下对接的方式能够显著减少单台盾构的掘进距离，保证盾构在安全寿命内进行高效隧道施工。本发明对接方法的对接地点不受地面、地质的影响，通过盾构机本身结构及操作方法就能实现洞内安全对接，便于洞内拆机，为超长距离隧道、盾构机安全施工提供了保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明盾构设备结构示意图。
图2为本发明接收切口环与贯入切口环对接状态示意图。
图3为接收侧盾构和贯入侧盾构掘进状态示意图。
图4为贯入侧盾构贯入接收侧盾构前状态示意图。
图5为贯入侧盾构贯入接收侧盾构后状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，实施例1，一种可实现地下对接的盾构设备，包括相对设置的接收侧盾构1和贯入侧盾构2，接收侧盾构1和贯入侧盾构2相对各自向前掘进。所述接收侧盾构1包括第一盾体101，第一盾体101内设有轴向伸缩式刀盘Ⅰ102，轴向伸缩式刀盘Ⅰ102内在第一盾体内进行轴向前后伸缩动作。所述贯入侧盾构2包括第二盾体201，第二盾体201内设有轴向伸缩式刀盘Ⅱ202，轴向伸缩式刀盘Ⅱ能在第二盾体内进行轴向前后伸缩动作。第一盾体101与第二盾体201直径大小相同。第二盾体201的前端设有贯入切口环203，对接状态时，贯入切口环203插入第一盾体101内且与第一盾体101配合处设有物理密封机构或化学密封机构，通过物理密封机构或化学密封机构对两者配合处进行密封，提高密封效果和对接安全系数。在辅助工法加固措施（如添加聚氨酯、盾尾油脂、固化材料等）及壳体保护下实施盾构拆解，提高施工安全系数。
进一步，如图2所示，所述物理密封机构包括设置在第一盾体101前部的接收切口环103，接收切口环103与第一盾体一体成型设置或焊接固定，其两者的直径大小相同。接收切口环103的内环面上设有冷却管104，冷却管104通过管道与冷却系统相连接，冷却系统的冷却液通过管道流通至冷却管，对接收切口环103内环面与贯入切口环之间的浆液进行冷凝，提高其稳定性，同时便于下一步焊接的顺利进行。接收切口环103的直径大于贯入切口环203的直径，优选地，贯入切口环203为前小后大的锥形壳，便于对接时，贯入切口环顺利贯入接收切口环。
如图2所示，实施例2，一种可实现地下对接的盾构设备，所述化学密封机构包括设置在贯入切口环203外环面上设有止水喷口204，止水喷口204通过管道与化学止水剂系统相连接。所述化学止水剂系统采用的化学止水剂为聚氨酯。化学止水剂系统在泵的驱动作用下，聚氨酯化学止水剂经管道从止水喷口喷出至接收切口环与贯入切口环之间的空隙内，进行填充式化学密封，起到止水作用，便于下一步焊接的顺利进行。化学止水剂也可采用盾尾油脂、固化材料等具有密封止水的材料。
进一步，所述轴向伸缩式刀盘Ⅰ102和轴向伸缩式刀盘Ⅱ202均包括刀盘本体2-1和主驱动2-2，主驱动2-2通过伸缩驱动机构2-3滑动设置在相应的第一盾体101和第二盾体201内，所述伸缩驱动机构2-3为轴向设置的伸缩油缸，伸缩油缸的一端与主驱动2-2连接、另一端与相应的第一盾体101、第二盾体201连接。在伸缩驱动机构的作用下，主驱动带动刀盘本体进行同步前后运动，实现其伸缩作用。刀盘本体2-1上设有常压刀具2-4且刀盘本体2-1的外缘处设有径向伸缩保径刀2-5。径向伸缩保径刀可采用现有的保径刀，然后通过设置在刀盘本体内且沿径向设置的伸缩件实现径向上的上下运动。
进一步，所述第一盾体101和第二盾体201上均设有超前注浆孔3，超前注浆孔3沿周向均布在第一盾体和第二盾体上，超前注浆孔3通过管道与注浆系统相连接，注浆系统在泵组的作用下，沿管道从超前注浆孔处喷出，向盾构径向和斜前向进行注浆，达到增加设备上部地层强度和降低渗透性的目的。其他结构与实施例1相同。
实施例3：一种所述的可实现地下对接的盾构设备的对接方法，步骤如下：
S1：接收侧盾构1的轴向伸缩式刀盘Ⅰ102上的径向伸缩保径刀2-5沿径向方向回缩，拆除常压刀具2-4，伸缩驱动机构2-3驱使轴向伸缩式刀盘Ⅰ102整体回退；即将轴向伸缩式刀盘Ⅰ收回至第一盾体内，避免与贯入侧盾构发生干涉，便于对接的顺利进行；
S2：贯入侧盾构2继续向前掘进，抵达至与接收侧盾构1设定距离范围L内；即向前掘进至距离轴向伸缩式刀盘Ⅰ较小距离L处（L=5mm~100mm这个数值范围也可根据实际施工工况进行调整）；
S3：贯入侧盾构2的轴向伸缩式刀盘Ⅱ202上的径向伸缩保径刀2-5沿径向方向回缩，拆除常压刀具2-4，伸缩驱动机构2-3驱使轴向伸缩式刀盘Ⅱ202整体回退；即轴向伸缩式刀盘Ⅱ收回至第二盾体内，避免与接收侧盾构发生干涉，便于对接的顺利进行，如图4所示。
S4：贯入侧盾构2向前推进，贯入切口环缓慢进入接收侧盾构1的第一盾体101内，直至第二盾体201前端的贯入切口环203与第一盾体101前端的接收切口环103紧贴；如图5所示。
S5：对贯入切口环203和接收切口环103之间的间隙进行密封止水；具体地，在含水率较低的地层：第二盾体201内的止水系统通过止水喷口204向贯入切口环203与接收切口环103之间的间隙内注入止水浆液，将贯入切口环203和接收切口环103密封，实现第一盾体101与第二盾体201之间的密封止水；在含水率较高的地层：第一盾体101内的冷却系统通过冷却管104对进入贯入切口环203与接收切口环103之间的泥水（或水等其他液体）进行冷冻法，将贯入切口环203和接收切口环103密封，实现第一盾体101与第二盾体201之间的密封止水。
S6：在密封止水达到要求后，对贯入切口环203与接收切口环103重叠部位的接缝进行焊接固定，完成盾构设备的对接，便于后续拆卸或检修提供安全支撑，保证其安全、顺利进行，如图2所示。
在步骤S1~S4中，如图3所示，接收侧盾构1和贯入侧盾构2的注浆系统通过超前注浆孔3对周边隧洞裂缝适当加固和止水，实现外侧地层失稳支护，为接收侧盾构1和贯入侧盾构2在地下对接提供保障。对接里程每向前推进一定距离，进行一次注浆加固处理，盾构每步注浆加固后继续向前推进，到两盾构距离较近时停止掘进，进行最后一次注浆加固。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可实现地下对接的盾构设备，包括相对设置的接收侧盾构（1）和贯入侧盾构（2），其特征在于：所述接收侧盾构（1）包括第一盾体（101），第一盾体（101）内设有轴向伸缩式刀盘Ⅰ（102）；所述贯入侧盾构（2）包括第二盾体（201），第二盾体（201）内设有轴向伸缩式刀盘Ⅱ（202），第二盾体（201）的前端设有贯入切口环（203），对接状态时，贯入切口环（203）贯入第一盾体（101）且与第一盾体（101）配合处设有物理密封机构或化学密封机构。
2.根据权利要求1所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述物理密封机构包括设置在第一盾体（101）前部的接收切口环（103），接收切口环（103）的内环面上设有冷却管（104），冷却管（104）通过管道与冷却系统相连接；接收切口环（103）的直径大于贯入切口环（203）的直径。
3.根据权利要求1所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述化学密封机构包括设置在贯入切口环（203）外环面上设有止水喷口（204），止水喷口（204）通过管道与化学止水剂系统相连接，贯入切口环（203）为前小后大的锥形壳。
4.根据权利要求3所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述化学止水剂系统采用的化学止水剂为聚氨酯。
5.根据权利要求1~3任一项所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述轴向伸缩式刀盘Ⅰ（102）和轴向伸缩式刀盘Ⅱ（202）均包括刀盘本体（2-1）和主驱动（2-2），主驱动（2-2）通过伸缩驱动机构（2-3）滑动设置在相应的第一盾体（101）和第二盾体（201）内，刀盘本体（2-1）上设有常压刀具（2-4）且刀盘本体（2-1）的外缘处设有径向伸缩保径刀（2-5）。
6.根据权利要求5所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述伸缩驱动机构（2-3）为轴向设置的伸缩油缸，伸缩油缸的一端与主驱动（2-2）连接、另一端与相应的第一盾体（101）、第二盾体（201）连接。
7.根据权利要求1~3、6任一项所述的可实现地下对接的盾构设备，其特征在于：所述第一盾体（101）和第二盾体（201）上均设有超前注浆孔（3），超前注浆孔（3）通过管道与注浆系统相连接。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的可实现地下对接的盾构设备的对接方法，其特征在于：步骤如下：
S1：接收侧盾构（1）的轴向伸缩式刀盘Ⅰ（102）上的径向伸缩保径刀（2-5）沿径向方向回缩，拆除常压刀具（2-4），伸缩驱动机构（2-3）驱使轴向伸缩式刀盘Ⅰ（102）整体回退；
S2：贯入侧盾构（2）继续向前掘进，抵达至与接收侧盾构（1）设定距离范围内；
S3：贯入侧盾构（2）的轴向伸缩式刀盘Ⅱ（202）上的径向伸缩保径刀（2-5）沿径向方向回缩，拆除常压刀具（2-4），伸缩驱动机构（2-3）驱使轴向伸缩式刀盘Ⅱ（202）整体回退；
S4：贯入侧盾构（2）向前推进，缓慢进入接收侧盾构（1）的第一盾体（101）内，直至第二盾体（201）前端的贯入切口环（203）与第一盾体（101）前端的接收切口环（103）紧贴；
S5：对贯入切口环（203）和接收切口环（103）之间的间隙进行密封止水；
S6：在密封止水达到要求后，对贯入切口环（203）与接收切口环（103）重叠部位的接缝进行焊接固定，完成盾构设备的对接。
9.根据权利要求8所述的可实现地下对接的盾构设备的对接方法，其特征在于：步骤S5中对贯入切口环（203）和接收切口环（103）之间的间隙进行密封止水的具体步骤如下：
S5.1：在含水率较低的地层：第二盾体（201）内的止水系统通过止水喷口（204）向贯入切口环（203）与接收切口环（103）之间的间隙内注入止水浆液，将贯入切口环（203）和接收切口环（103）密封，实现第一盾体（101）与第二盾体（201）之间的密封止水；
S5.2：在含水率较高的地层：第一盾体（101）内的冷却系统通过冷却管（104）对进入贯入切口环（203）与接收切口环（103）之间的泥水进行冷冻法，将贯入切口环（203）和接收切口环（103）密封，实现第一盾体（101）与第二盾体（201）之间的密封止水。
10.根据权利要求8或9所述的可实现地下对接的盾构设备的对接方法，其特征在于：在步骤S1~S4中，接收侧盾构（1）和贯入侧盾构（2）的注浆系统通过超前注浆孔（3）对周边隧洞裂缝适当加固和止水，实现外侧地层失稳支护，为接收侧盾构（1）和贯入侧盾构（2）在地下对接提供保障。
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