CN113049194A - 一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台。提出的超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台立式设置；试验平台的底板正上方设置有同轴设置的内筒和外筒；外筒与所述内筒之间形成用于装配待测盾尾刷的环形间隙；外筒固定在底板上形成固定外筒；内筒的下方设置有内筒平台；内筒平台通过一组内筒平台支撑油缸在底板上，并可沿底板左右移动；内筒平台的中心垂直固定有位于内筒中心的中心导杆；中心导杆与焊接在内筒内的导向套滑动配合；内筒平台的上端面设置有举升油缸；试验平台还设置有水平侧推油缸一、水平侧推油缸二。本发明实现了动态检测盾尾在不同间隙状态下的密封性能。

Description

一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台。

背景技术

国内保有的盾构机数量大、种类繁多，盾构机隧道工程向着超长距离、超高水压的方向发展，近期国内施工和规划的隧道最大水土压力已经超过12bar，渤海湾海底隧道、琼州海峡甚至将来的台湾海峡隧道将会逐步提上日程，水土压力会更高，隧道距离会更长，技术难度会更大。

截止到目前为止，国内外没有可以在超长距离、超高水压掘进条件下，模拟现实工况、在不同盾尾间隙条件下，动态试验盾尾密封、铰接密封性能的设备。

针对长距离、高水压的盾构机隧道复杂施工环境，需发明一台用于检测超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能的实验设备（最大测试压力25bar），可实现模拟盾构机掘进过程中的轴向移动、径向移动和转向偏转等姿态变化及管片错台。能够静态、动态地检测在超长距离、超高水土压力下盾尾密封、铰接密封性能。考虑发明的通用性，试验间隙在20mm-55mm，满足国内各种盾构盾尾间隙设计要求。

检测不同厂家、不同规格盾尾密封、铰接密封的性能，研究影响盾尾密封、铰接密封性能的关键因素，通过全工况动态模拟实验数据，指导盾构机盾尾密封、铰接密封结构设计和盾尾油脂品牌选择与油脂注入设计。改进盾尾刷产品生产加工工艺，提高或优选盾尾密封、铰接密封性能品质，为盾构机在恶劣环境下的顺利掘进保驾护航。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，试验平台立式设置；所述的试验平台具有底板；所述底板的正上方设置有筒体；所述的筒体包括同轴设置的内筒和外筒；所述外筒与所述内筒之间形成用于装配待测盾尾刷的环形间隙；待测盾尾刷同向且分上下环向布置，待测盾尾刷为柔性部件顶部钢丝可紧贴所述内筒，根部钢板焊接在所述外筒内壁，两环盾尾刷与所述内筒和外筒构成密封腔；所述的外筒通过筋板法兰固定在所述的底板上形成固定外筒；所述内筒的上端、下端均突出于所述的外筒；所述内筒的下方设置有内筒平台；所述的内筒平台通过一组内筒平台支撑油缸在所述的底板上，并可沿所述的底板左右移动；一组所述的内筒平台支撑油缸分为左右设置的两个：左支撑油缸、右支撑油缸；所述的左支撑油缸底部放入带有导轨卡槽内，作为内筒平台转动的支点；所述的左支撑油缸上部与所述的内筒平台铰接，所述的右支撑油缸的结构、安装方式同所述的左支撑油缸；右支撑油缸伸出即可实现平台与水平面形成转动角度，通过右支撑油缸调整内筒的角度，使内外筒间隙不均匀，符合盾构机盾尾的掘进实际姿态；所述内筒平台的中心垂直固定有位于内筒中心的中心导杆；所述中心导杆的上端突出于所述的内筒；所述的中心导杆与焊接在内筒内的导向套滑动配合；所述内筒平台的上端面设置有举升油缸；所述举升油缸的上端与所述的导向套铰接，从而实现内筒相对外筒的举升动作，举升油缸将内筒轴向向上移动300-500mm；所述的试验平台还设置有水平侧推油缸；所述的水平侧推油缸为上下设置的两个：水平侧推油缸一、水平侧推油缸二；所述的水平侧推油缸一水平设置，并固定在所述的底板上；所述水平侧推油缸一的输出端与所述的内筒平台铰接；所述的水平侧推油缸二水平设置，并固定在所述的外筒的筒壁上；所述水平侧推油缸二的输出端铰接在所述中心导杆的上端，在所述水平侧推油缸一、水平侧推油缸二的共同作用下，使所述的内筒相对所述的外筒向一侧水平移动，实现内筒的径向移动；所述的水平侧推油缸一或水平侧推油缸二微动，实现内筒在外筒内部小幅度旋转，实现垂直方向上的间隙动态调整；所述的待测盾尾刷为上下设置的多个，多个所述的待测盾尾刷将所述密封腔分割成上下多个相互隔离的腔体；所述腔体的外周壁上均开设有与外界连通的用于向相应的腔体内注入试验用介质的注入孔；多个上下设置的腔体中最上端腔体为泥水注入腔，其他腔体均为油脂腔。

所述待测盾尾刷的根部通过垫板与外筒相连，顶部压合在内筒的外周壁上，待测盾尾刷为环形结构，在环形间隙中形成一道密封，通过调整垫板的厚度，模拟不同盾尾间隙下的盾尾结构形式。

泥水注入腔由最顶部的待测盾尾刷组成下密封件，内筒与外筒之间设置有作为顶部密封的轴向浮动滑动密封；所述的轴向浮动滑动密封由法兰盖板、浮动环及浮动环底密封和侧密封组成，所述浮动环位于法兰盖板与外筒之间，法兰盖板通过螺栓连接将法兰盖板固定在外筒上，法兰盖板与浮动环间隙可调，使浮动环可跟随内筒左右移动，外筒与浮动环之间设置的多个黄油槽，用以减少浮动环与外筒之间的摩擦阻力，浮动环底密封和侧密封可防止顶部浆液泄露且便于更换。

每道腔的圆周方向开8个注入孔，注入孔具体包括油脂腔体的外周壁上开设的油脂注入孔和泥水腔体的外周壁上开设的泥水注入孔，其中，每个油脂腔体的外周壁上沿周向均匀布设三个油脂注入孔，四个压力信号采集孔及一个检测孔。

本发明提出的一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，采用上述技术方案，通过内筒在外筒内部小幅度旋转，实现垂直方向上的间隙调，在不同盾尾间隙，不同工况下，试验盾尾刷的密封性，优化了盾尾刷的设计，增强了盾尾刷在工作中的可靠性，多个油脂腔的设置使其可以试验不同种类的油脂对盾尾刷密封性能的影响；通过在内筒与外筒之间设置轴向浮动滑动密封，可以测量在≤25bar压力盾尾刷的密封性测试；模拟了盾尾刷在尾盾里的真实工况，实现了动态检测盾尾在不同间隙状态下的密封性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、底板，2、筋板法兰，3、内筒平台，4、外筒，5、垫板，6、被测盾尾刷，7、内筒，8、中心导杆，9、导向套, 10、压紧环，11、滑块，12、密封圈，13、底板座，14、右支撑油缸，15、左支撑油缸，16、水平侧推油缸二，17、水平侧推油缸一，18、过桥，19、举升油缸， 20、油脂注入孔，21、泥水注入孔，22、管片错台，23、紧急气囊，24、铰接密封。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明：

如图1所示，一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，试验平台立式设置；所述的试验平台具有底板1；所述底板1的正上方设置有筒体；所述的筒体包括同轴设置的内筒7和外筒4；内筒4外壁设置管片错台22，所述外筒4与所述内筒7之间形成用于装配待测盾尾刷6的环形间隙；待测盾尾刷6同向且分上下环向布置，待测盾尾刷6为柔性部件顶部钢丝可紧贴所述内筒，根部钢板焊接在所述外筒内壁，两环盾尾刷与所述内筒和外筒构成密封腔；所述的外筒通过筋板法兰固定在所述的底板上形成固定外筒；所述内筒7的上端、下端均突出于所述的外筒4；所述内筒7的下方设置有内筒平台3；所述的内筒平台3通过内筒平台支撑油缸支撑在所述的底板1上，并可沿所述的底板1左右移动；一组所述的内筒平台支撑油缸分为左右设置的两个：左支撑油缸15、右支撑油缸14；所述的左支撑油缸底部放入带有导轨卡槽内，作为内筒平台转动的支点；所述的左支撑油缸上部与所述的内筒平台铰接，所述的右支撑油缸14的结构、安装方式同所述的左支撑油缸15；右支撑油缸伸出即可实现平台与水平面形成转动角度，通过右支撑油缸调整内筒的角度，使内外筒间隙不均匀，符合盾构机盾尾的掘进实际姿态；所述内筒平台3的中心垂直固定有位于内筒中心的中心导杆8；所述中心导杆8的上端突出于所述的内筒7；所述的中心导杆8与焊接在内筒内的导向套9滑动配合；所述内筒平台的上端面设置有举升油缸17；所述举升油缸17的上端与所述的导向套9铰接，从而实现内筒相对外筒的举升动作，举升油缸将内筒轴向向上移动300-500mm；所述的试验平台还设置有水平侧推油缸；所述的水平侧推油缸为上下设置的两个：水平侧推油缸一17、水平侧推油缸一16；所述的水平侧推油缸一17水平设置，并固定在所述的底板上；所述水平侧推油缸一17的输出端与所述的内筒平台铰接；所述的水平侧推油缸一16水平设置，并固定在所述的外筒的筒壁上；所述水平侧推油缸一16的输出端铰接在所述中心导杆的上端，在所述水平侧推油缸一、水平侧推油缸二的共同作用下，使所述的内筒相对所述的外筒向一侧水平移动，实现内筒的径向移动；所述的水平侧推油缸一或水平侧推油缸二微动，实现内筒在外筒内部小幅度旋转，实现垂直方向上的间隙动态调整；所述的待测盾尾刷为上下设置的多个，多个所述的待测盾尾刷将所述密封腔分割成上下多个相互隔离的腔体；所述腔体的外周壁上均开设有与外界连通的用于向相应的腔体内注入试验用介质的注入孔；多个上下设置的腔体中最上端腔体为泥水注入腔，其他腔体均为油脂腔。

所述待测盾尾刷的根部通过垫板5与外筒相连，顶部压合在内筒的外周壁上，待测盾尾刷为环形结构，在环形间隙中形成一道密封，通过调整垫板5的厚度，模拟不同盾尾间隙下的盾尾结构形式。

泥水注入腔由最顶部的待测盾尾刷组成下密封件，内筒与外筒之间设置有作为顶部密封的轴向浮动滑动密封；所述的轴向浮动滑动密封由法兰盖板、浮动环及浮动环底密封和侧密封组成，所述浮动环位于法兰盖板与外筒之间，法兰盖板通过螺栓连接将法兰盖板固定在外筒上，法兰盖板与浮动环间隙可调，使浮动环可跟随内筒左右移动，外筒与浮动环之间设置的多个黄油槽，用以减少浮动环与外筒之间的摩擦阻力，浮动环底密封和侧密封可防止顶部浆液泄露且便于更换。

每道腔的圆周方向开8个注入孔，注入孔具体包括油脂腔体的外周壁上开设的油脂注入孔和泥水腔体的外周壁上开设的泥水注入孔，其中，每个油脂腔体的外周壁上沿周向均匀布设三个油脂注入孔，四个压力信号采集孔及一个检测孔。

盾尾刷密封性能试验装置组装及工作原理：

1）筋板法兰2、矩形排布的底板座13和一组水平侧推油缸下16安装支架焊接在底板1上。

2）将垫板5环向焊接在外筒4的内壁上，将被测盾尾刷6根部环向焊接在垫板5的内壁上，共焊接五道。

3）将内筒中心导杆8垂直焊接到内筒平台3，形成T型平台。将T型平台安装在一组支撑油缸15和一组角度调整油缸14上，两组油缸安装在底板座13上；

4）导向套9水平焊接到内筒7上，内筒7沿着内筒中心导杆8放置到指定顶板位置后，安装举升油缸19，举升油缸19实现内筒举升动作；

5）外筒4通过螺栓与筋板法兰2连接，使外筒固定。被测盾尾刷6根部通过垫板5与外筒相连，顶部压合在内筒7的外周壁上，被测盾尾刷6是环形结构，在环形间隙中形成一道密封，通过垫板5厚度，模拟不同盾尾间隙下的盾尾结构形式。

6）水平侧推油缸一16和水平侧推油缸二17同步工作，可实现内筒7在外筒4内部向一侧水平移动，两者在某一径向位置形成的间隙相同，滑块11和密封圈12跟随内筒7移动，滑块11设有黄油槽，内筒7水平移动完成后，滑块11通过将外筒4上的压板10固定，实现水平方向上的间隙调整。

7）水平侧推油缸一17或水平侧推油缸一16微动，可实现内筒7在外筒4内部小幅度旋转，实现垂直方向上的间隙调整。

8）被测盾尾刷6共五道，形成4道油脂腔和1道泥水腔。试验用介质具体包括向油脂腔体中注入的油脂和向泥水腔体中注入的泥水。

铰接密封性能试验装置组装及工作原理：

在内筒外壁凸台处设置环形铰接密封24，右面贴紧凸台，后面紧贴内筒外壁，左面通过滑块及顶丝等机构将其压紧，前面与外筒内壁紧密接触，铰接密封24的作用是为了防止周围地层的土砂、地下水等从中盾与盾尾之间的间隙流向盾构内而设置的密封措施；紧急气囊设置在内筒外壁的卡槽内。若铰接密封失效条件下，立即向紧急气囊23内充入与介质等压的气体，防止介质泄露。

进行铰接密封试验时，不安装盾尾刷,内筒模拟尾盾，外筒模拟中盾，所述的内筒与外筒之间的间隙由环形密封圈24填补，向内筒与外筒之间的腔体注入介质给予实验压力，旋转内筒，模拟盾尾转弯或姿态调整，观察铰接密封泄露情况，环形密封圈24跟随内筒可实现往复运动，达到超长距离磨损试验效果。

Claims (3)

1.一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，其特征在于：试验平台立式设置；所述的试验平台具有底板；所述底板的正上方设置有筒体；所述的筒体包括同轴设置的内筒和外筒；所述外筒与所述内筒之间形成用于装配待测盾尾刷的环形间隙；待测盾尾刷同向且分上下环向布置，待测盾尾刷为柔性部件顶部钢丝可紧贴所述内筒，根部钢板焊接在所述外筒内壁，两环盾尾刷与所述内筒和外筒构成密封腔；所述的外筒通过筋板法兰固定在所述的底板上形成固定外筒；所述内筒的上端、下端均突出于所述的外筒；所述内筒的下方设置有内筒平台；所述的内筒平台通过一组内筒平台支撑油缸在所述的底板上，并可沿所述的底板左右移动；一组所述的内筒平台支撑油缸分为左右设置的两个：左支撑油缸、右支撑油缸；所述的左支撑油缸底部放入带有导轨卡槽内，作为内筒平台转动的支点；所述的左支撑油缸上部与所述的内筒平台铰接，所述的右支撑油缸的结构、安装方式同所述的左支撑油缸；伸出即可实现平台与水平面形成转动角度，通过右支撑油缸调整内筒的角度，使内外筒间隙不均匀，符合盾构机盾尾的掘进实际姿态；所述内筒平台的中心垂直固定有位于内筒中心的中心导杆；所述中心导杆的上端突出于所述的内筒；所述的中心导杆与焊接在内筒内的导向套滑动配合；所述内筒平台的上端面设置有举升油缸；所述举升油缸的上端与所述的导向套铰接，从而实现内筒相对外筒的举升动作，举升油缸将内筒轴向向上移动300-500mm；所述的试验平台还设置有水平侧推油缸；所述的水平侧推油缸为上下设置的两个：水平侧推油缸一、水平侧推油缸二；所述的水平侧推油缸一水平设置，并固定在所述的底板上；所述水平侧推油缸一的输出端与所述的内筒平台铰接；所述的水平侧推油缸二水平设置，并固定在所述的外筒的筒壁上；所述水平侧推油缸二的输出端铰接在所述中心导杆的上端，在所述水平侧推油缸一、水平侧推油缸二的共同作用下，使所述的内筒相对所述的外筒向一侧水平移动，实现内筒的径向移动；所述的水平侧推油缸一或水平侧推油缸二微动，实现内筒在外筒内部小幅度旋转，实现垂直方向上的间隙动态调整；所述的待测盾尾刷为上下设置的多个，多个所述的待测盾尾刷将所述密封腔分割成上下多个相互隔离的腔体；所述腔体的外周壁上均开设有与外界连通的用于向相应的腔体内注入试验用介质的注入孔；多个上下设置的腔体中最上端腔体为泥水注入腔，其他腔体均为油脂腔。

2.如权利要求1所述的一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，其特征在于：所述待测盾尾刷的根部通过垫板与外筒相连，顶部压合在内筒的外周壁上，待测盾尾刷为环形结构，在环形间隙中形成一道密封，通过调整垫板的厚度，模拟不同盾尾间隙下的盾尾结构形式。

3.如权利要求1所述的一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台，其特征在于：泥水注入腔由最顶部的待测盾尾刷组成下密封件，内筒与外筒之间设置有作为顶部密封的轴向浮动滑动密封；所述的轴向浮动滑动密封由法兰盖板、浮动环及浮动环底密封和侧密封组成，所述浮动环位于法兰盖板与外筒之间，法兰盖板通过螺栓连接将法兰盖板固定在外筒上，法兰盖板与浮动环间隙可调，使浮动环可跟随内筒左右移动，外筒与浮动环之间设置的多个黄油槽，用以减少浮动环与外筒之间的摩擦阻力，浮动环底密封和侧密封可防止顶部浆液泄露且便于更换。

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