CN112554905A - 一种泥浆管延伸装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥浆管延伸装置及其施工方法，解决了现有泥浆管延伸装置针对性强而通用性差的技术问题。本发明包括连接在拖车泥浆管与隧道泥浆管之间的伸缩管，通过伸缩管循环伸缩，便捷地在拖车泥浆管和隧道泥浆管之间增添延长管，伸缩管通过铰接机构与至少两个拖车同时俯仰铰接及横摆铰接，相邻的拖车之间铰接相连，实现泥浆管的上下转动和横向转动，满足盾构机的上下坡和转弯的需求。本发明结构紧凑、通用性较强，可适应不同直径系列的隧道，同时操作简便、自动化程度高，具有高效、人性化的隧道施工作业特点。单根伸缩管采用两端铰接的结构形式，施工时可同时适应盾构机上下坡及水平转弯的工况，满足了非直线隧道的掘进需求。

Description

一种泥浆管延伸装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及泥水盾构用泥浆管路延伸技术领域，特别是指一种泥浆管延伸装置及其施工方法。

背景技术

盾构法隧道施工在交通、水利、电力、市政建设中发挥着越来越广泛的作用，随着时代的进步，盾构法隧道施工正在朝着安全、高效、可靠性高的方向不断发展。

泥水盾构机作为盾构法隧道施工设备的一种，泥浆管延伸装置是其不可或缺的一个系统。目前，常用的泥浆管延伸装置是在拖车顶部预留一定长度的软管，满足盾构掘进时泥浆管路向前移动的需要。需延伸管路时，通过移动行走架完成管路延伸作业。例如，申请日为2019.12.20、申请号为CN201911325989.2的发明专利公开了一种泥水盾构泥浆管路延伸装置及延伸方法，包括依次连接的盾构机泥浆硬管、泥浆软管、行走架泥浆硬管和隧道泥浆硬管，所述行走架泥浆硬管通过行走机构活动设置在拖车上，泥浆软管通过滑动件活动设置在拖车上，拖车上还设有用于吊装泥浆硬管的泥浆管吊机。

但是，上述专利公开的装置不仅占用空间大，受限于隧道直径，难以用于直径较小的隧道，通用性不强，而且无法满足不同盾构机对不同施工项目的上下坡及转弯的需求。另外，申请日为2018.02.01、申请号为CN201810102628.0的发明专利公开了一种新型管路延伸装置，包括套管和伸缩管，其中套管与泥浆管固定部分连接，套管与增设的泥浆管法兰连接；伸缩管一端套设在套管内，且伸缩管与套管滑移连接。但是该专利只公开了一种泥浆伸缩管，并未提供隧道掘进时泥浆管延伸装置的装配关系及施工方法，也不能满足盾构机的上下坡和转弯需求，只能满足直线掘进的盾构机使用。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种泥浆管延伸装置及其施工方法，解决了现有泥浆管延伸装置针对性强而通用性差的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种泥浆管延伸装置，连接在进浆系统和排浆系统内，包括连接在拖车泥浆管与隧道泥浆管之间的伸缩管，通过伸缩管循环伸缩，便捷地在拖车泥浆管和隧道泥浆管之间增添延长管，伸缩管通过铰接机构与至少两个拖车同时俯仰铰接及横摆铰接，相邻的拖车之间铰接相连，实现泥浆管的上下转动和横向转动，满足盾构机的上下坡和转弯的需求。

所述铰接机构包括通过横向铰接轴与伸缩管俯仰铰接的连接架，连接架通过竖向铰接轴与拖车横摆铰接，俯仰转动和横摆转动互不影响，同时实现横摆和俯仰运动。

进一步地，所述铰接机构分别设置在伸缩管的两端，至少一个铰接机构通过驱动机构连接在拖车上，驱动机构通过铰接机构带动伸缩管伸长或缩短，通过驱动机构便捷地实现伸缩管的伸长和缩短。

进一步地，所述伸缩管通过铰接管与铰接机构相连，前端的铰接管的后端与伸缩管的前端相连、前端通过膨胀节与拖车泥浆管相连，另一个铰接管的前端与伸缩管的后端相连、后端通过膨胀节与隧道泥浆管相连。

所述驱动机构包括与铰接机构相连的驱动小车，拖车上设置有驱动小车的导轨，驱动小车通过传动链驱动单元或传动带驱动单元或液压缸驱动单元或电动伸缩杆驱动单元沿拖车轴向运动。

进一步地，所述传动链驱动单元包括设置在拖车上的马达，马达通过减速机连接有驱动链轮，与驱动链轮相对设置有从动链轮，驱动链轮与从动链轮之间设置有传动链，所述驱动小车与传动链相连。

所述伸缩管包括外筒节及与外筒节穿插配合的内筒节，内筒节与外筒节之间设置有密封和密封压环。

进一步地，在进浆系统中，伸缩管的外筒节位于靠近掘进方向的一侧；在排浆系统中，伸缩管的外筒节位于背离掘进方向的一侧，可以有效减小流体流动阻力。

进一步地，所述进浆系统与排浆系统设置在拖车的同一侧，进浆系统的伸缩管设置在拖车的顶部的下方，排浆系统的伸缩管设置在拖车底部的上方，使得整个装置结构紧凑，节省拖车内的使用空间。

一种泥浆管延伸装置的施工方法，包括盾构机掘进状态和泥浆管延伸状态：

（1）盾构机掘进状态：驱动机构不提供动力，驱动小车及其连接的铰接管相对隧道内壁静止，驱动小车及其连接的铰接管相对拖车移动，使伸缩管被逐渐拉长。

（2）泥浆管延伸状态：当伸缩管达到满行程状态时，使盾构机停止掘进，将隧道泥浆管断开与伸缩管的连接，驱动机构提供动力，驱动小车驱动与其连接的铰接管移动，使伸缩管逐渐回收，然后在隧道内壁上安装延伸管，使延伸管连接在隧道泥浆管与伸缩管之间；

（3）盾构机掘进状态和泥浆管延伸状态依次循环往复，直至隧道掘进完成。

本发明的有益效果为：

1.本发明的泥浆管延伸装置结构紧凑、通用性较强，可适应不同直径系列的隧道，同时操作简便、自动化程度高，具有高效、人性化的隧道施工作业特点。

2.单根伸缩管采用两端铰接的结构形式，施工时可同时适应盾构机上下坡及水平转弯的工况，满足了非直线隧道的掘进需求。

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中的（a）为泥浆管延伸状态的立体图，

其中（b）、（c）均为（a）中的局部放大图；

图2为伸缩管满行程状态的立体图；

图3为（d）为泥浆管延伸状态的平面图，

其中（e）、（f）均为（d）中的局部放大图；

图4为伸缩管满行程状态的平面图；

图5中的（g）为图4中A-A面的剖视图，

其中（h）为（g）中的局部放大图；

图6中的（i）为图4中B-B面的剖视图，

其中（j）为（i）中的局部放大图；

图7为图4中C-C面的剖视图；

图8为图3的局部俯视图；

其中：1-驱动机构，101-马达，102-减速机，103-传动链，104-驱动小车，105-导轨；

2-伸缩管，201-外筒节，202-内筒节，203-密封，204-密封压环；

3-铰接管；

4-铰接机构，401-横向铰接轴，402-竖向铰接轴；

5-拖车泥浆管；

6-隧道泥浆管；

7-延伸管；

8-膨胀节；

9-拖车一；

10-拖车二。

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。

实施例1，泥水盾构机在使用本发明时包括相同的上、下两套泥浆管延伸装置，分别对应进浆系统、排浆系统，以下以其中一套延伸装置为例进行阐述，同时建立如图1所示的直角坐标系，z轴负方向与隧道掘进方向相同。

泥浆管延伸装置由以下模块组成：驱动机构1、伸缩管2、铰接管3、铰接机构4、拖车泥浆管5、隧道泥浆管6、延伸管7、膨胀节8、拖车一9、拖车二10，拖车一9与拖车二10相互铰接，为整个泥浆管延伸装置提供固定平台。此外，隧道掘进过程中常遇到上、下坡与水平转弯的工况，如图4所示，定义α为盾构机上、下坡时伸缩管2与隧道轴线的夹角，如图8所示，β为盾构机水平转弯时伸缩管2与隧道轴线的夹角。

所述驱动机构1，如图3-7所示，包括驱动小车104、导轨105，本实施例中动力源包括马达101、减速机102、传动链103。驱动小车104的两端与传动链103相连，马达101依次通过减速机102、传动链103使驱动小车104在导轨105上实现往复运动。本实施例中导轨105由两根槽钢组成，驱动小车104滑动设置在两个槽钢内。或者使用马达通过减速机带动传动带动驱动小车104往复运动；或者通过液压系统驱动的液压缸带动驱动小车104往复运动；或者通过电动伸缩杆带动驱动小车104往复运动。

所述伸缩管2包括外筒节201、内筒节202、密封203、密封压环204。202内筒节202可在外筒节201内部往复相对运动，密封203、密封压环204在内筒节202、外筒节201之间起到密封承压的作用。为减小流体流动阻力，泥浆通常从内筒节202向外筒节201流动，因此在进浆系统、排浆系统中伸缩管2需对调安装。在进浆系统中，伸缩管2的外筒节201位于靠近掘进方向的一侧；在排浆系统中，伸缩管2的外筒节201位于背离掘进方向的一侧。

所述铰接管3一端与膨胀节8固定连接，另一端与伸缩管2的外筒节201或内筒节202固定连接。具体地，缩管2通过铰接管3与铰接机构4相连，前端的铰接管3的后端与伸缩管2的前端相连、前端通过膨胀节8与拖车泥浆管5相连，另一个铰接管3的前端与伸缩管2的后端相连、后端通过膨胀节8与隧道泥浆管6相连。

所述铰接机构4包括通过横向铰接轴401与伸缩管2俯仰铰接的连接架，连接架通过竖向铰接轴402与拖车横摆铰接。横向铰接轴401设置有两根，彼此同轴且与x轴平行，竖向铰接轴402与y轴平行。横向铰接轴401、竖向铰接轴402与铰接管3铰接，使铰接管3同时具有绕x轴、y轴的旋转自由度，如图1所示。绕x轴的自由度可适应α角，绕y轴的自由度可适应β角，如图4、8所示。

所述拖车泥浆管5固定在拖车一9上，随盾构机掘进而不断向隧道掘进方向运动；所述隧道泥浆管6，定在隧道内壁上，随隧道的不断掘进需不断加长延伸；所述延伸管7用于将隧道泥浆管6不断加长延伸；所述膨胀节8为柔性连接件，具有一定变形能力，一端与铰接管3固定连接，另一端与拖车泥浆管5或隧道泥浆管6固定连接，可通过变形适应因铰接管3产生的角位移。

实施例2，一种泥浆管延伸装置的施工方法，包括盾构机掘进状态和泥浆管延伸状态：

（1）盾构机掘进状态：驱动机构1不提供动力，驱动小车104及其连接的铰接管3相对隧道内壁静止，但驱动小车104及其连接的铰接管3相对拖车一9、拖车二向z轴正方向运动。同时，伸缩管2中内筒节202相对于外筒节201被逐渐拉出。

（2）泥浆管延伸状态：当伸缩管2中内筒节202相对于外筒节201达到满行程状态时，如附图2、图4所示，需使盾构机停止掘进。将隧道泥浆管6断开，驱动机构1提供动力，驱动小车104驱动与其连接的铰接管3向z轴负方向运动，伸缩管2中内筒节202相对于外筒节201逐渐回收，直至到达初始状态。如附图1、图3所示。此时，在隧道内壁上安装延伸管7，使其与隧道泥浆管6相连。

（3）如此循环往复，直至盾构机完成隧道掘进工作。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

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)

1.一种泥浆管延伸装置，连接在进浆系统和排浆系统内，其特征在于：包括连接在拖车泥浆管（5）与隧道泥浆管（6）之间的伸缩管（2），伸缩管（2）通过铰接机构（4）与至少两个拖车同时俯仰铰接及横摆铰接，相邻的拖车之间铰接相连。

2.根据权利要求1所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述铰接机构（4）包括通过横向铰接轴（401）与伸缩管（2）俯仰铰接的连接架，连接架通过竖向铰接轴（402）与拖车横摆铰接。

3.根据权利要求1或2所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述铰接机构（4）分别设置在伸缩管（2）的两端，至少一个铰接机构（4）通过驱动机构（1）连接在拖车上，驱动机构（1）通过铰接机构（4）带动伸缩管（2）伸长或缩短。

4.根据权利要求3所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述伸缩管（2）通过铰接管（3）与铰接机构（4）相连，前端的铰接管（3）的后端与伸缩管（2）的前端相连、前端通过膨胀节（8）与拖车泥浆管（5）相连，另一个铰接管（3）的前端与伸缩管（2）的后端相连、后端通过膨胀节（8）与隧道泥浆管（6）相连。

5.根据权利要求4所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述驱动机构（1）包括与铰接机构（4）相连的驱动小车（104），拖车上设置有驱动小车（104）的导轨（105），驱动小车（104）通过传动链驱动单元或传动带驱动单元或液压缸驱动单元或电动伸缩杆驱动单元沿拖车轴向运动。

6.根据权利要求5所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述传动链驱动单元包括设置在拖车上的马达（101），马达（101）通过减速机（102）连接有驱动链轮，与驱动链轮相对设置有从动链轮，驱动链轮与从动链轮之间设置有传动链（103），所述驱动小车（104）与传动链（103）相连。

7.根据权利要求1-2、4-6任一项所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述伸缩管（2）包括外筒节（201）及与外筒节（201）穿插配合的内筒节（202），内筒节（202）与外筒节（201）之间设置有密封（203）和密封压环（204）。

8.根据权利要求7所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：在进浆系统中，伸缩管（2）的外筒节（201）位于靠近掘进方向的一侧；在排浆系统中，伸缩管（2）的外筒节（201）位于背离掘进方向的一侧。

9.根据权利要求1-2、4-6、8任一项所述的泥浆管延伸装置，其特征在于：所述进浆系统与排浆系统设置在拖车的同一侧，进浆系统的伸缩管（2）设置在拖车的顶部的下方，排浆系统的伸缩管（2）设置在拖车底部的上方。

10.根据权利要求9所述的泥浆管延伸装置的施工方法，其特征在于，包括盾构机掘进状态和泥浆管延伸状态：

盾构机掘进状态：驱动机构（1）不提供动力，驱动小车（104）及其连接的铰接管（3）相对隧道内壁静止，驱动小车（104）及其连接的铰接管（3）相对拖车移动，使伸缩管（2）被逐渐拉长；

泥浆管延伸状态：当伸缩管（2）达到满行程状态时，使盾构机停止掘进，将隧道泥浆管（6）断开与伸缩管（2）的连接，驱动机构（1）提供动力，驱动小车（104）驱动与其连接的铰接管（3）移动，使伸缩管（2）逐渐回收，然后在隧道内壁上安装延伸管（7），使延伸管（7）连接在隧道泥浆管（6）与伸缩管（2）之间；

盾构机掘进状态和泥浆管延伸状态依次循环往复，直至隧道掘进完成。

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