CN113565518B - 一种盾构主动铰接密封更换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构主动铰接密封更换方法，适用于盾构主动铰接密封更换。该盾构主动铰接密封更换方法包括二次注浆，盾构机停机位置选择，调整盾构机停机姿态，盾构机注油脂、聚氨酯作业，抽排水，铰接密封更换。本方法通过各道施工防水保证了良好的施工环境，预先调节好停机姿态使拆除和安装铰接密封较为高效，铰接密封更换完成后掘进1000m未出现异常现象，更换效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域，特别涉及一种盾构主动铰接密封更换方法。
背景技术
主动铰接盾构机由于在掘进过程频繁使用铰接，在使用过程可能会由于摩擦将盾构机主动密封铰接的第二道气囊密封容易出现被挤出、损坏的情况，为确保后续盾构机顺利安全通过，故在盾构机进入软岩段或转弯段前，需要对损坏的气囊密封进行更换。
现有技术中无在现场工况环境下更换铰接密封的施工方法，目前在国内外并无先例，因此本发明提供一种盾构主动铰接密封更换方法，用于填补该领域的空白。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种盾构主动铰接密封更换方法。
本发明采用的技术方案为：
一种盾构主动铰接密封更换方法，该盾构主动铰接密封更换方法包括以下步骤：步骤1二次注浆，在确定盾构机更换位置后提前20环进行连续二次注浆，盾构机掘进过程中离盾尾3～4环处，每5环进行止水环施工，止水环之间采用0.6：1浓水泥浆进行灌注，隔绝后侧来水；步骤2盾构机停机位置选择，铰接密封更换主要选择在中微风化地层，渗水量小，适合长时间停机更换的位置；步骤3调整盾构机停机姿态，盾构机停机前需要调整铰接，保持盾构机中盾与前盾连接处的间隙水平、垂直处基本一致，即呈同心圆状态；步骤4盾构机注油脂、聚氨酯作业，利用盾体四周预留的径向孔向盾体四周注入盾尾油脂，防止盾尾至铰接密封段地层中裂隙水大量汇集至铰接位置；设备停放于指定检修位置后，铰接密封后部径向注脂孔注入水溶性聚氨酯以止水，防止第一道密封拆除后出现漏水现象；步骤5抽排水，将盾构机护盾底部积水抽干，并在盾构机开挖仓内放入潜水泵，定期抽排仓内的水至盾尾；步骤6铰接密封更换。
进一步，步骤3中盾构机停机之后，需用内卡尺测量气囊安装位置的间隙，根据实际偏差情况，通过控制各组铰接的伸长量使各个间隙一致。
进一步，步骤4中油脂的注入量需根据盾构机的盾体与开挖直径间隙进行计算；计算公式为：油脂的注入量=3.14×（R2 开挖半径-R2 中盾半径）×0.5m。
进一步，步骤4中水溶性聚氨酯以止水的注入量需根据铰接密封位置空间进行计算；计算公式为：水溶性聚氨酯以止水的注入量=3.14×（R2 开挖半径-R2 中盾半径）×后部空间长度。
进一步，步骤6铰接密封更换包括以下更换步骤：步骤1，依次拆除盾构机铰接密封的外六角螺栓、垫片、压板、PA板、密封、气囊阀嘴和气囊密封；步骤2，对新的气囊密封进行压力试验；步骤3，将新的气囊密封切开，保证新的气囊密封切口位置平顺整齐；步骤4，利用旧气囊密封进行热硫化与冷粘试验对比，确定接口粘贴方式；步骤5，将新的气囊密封保持自然状态下，拿至盾构机铰接密封安装位置进行拟合；步骤6，将新的气囊密封与密封用特种胶水进行粘贴连接，抽取新的气囊密封真空；步骤7，将新的气囊密封与密封预留一段长度，在3点钟和9点钟位置进行后续热硫化粘接或冷粘粘接；步骤8，在新的气囊密封和密封的安装位置两平面均匀涂抹润滑油脂。
进一步，所述压力试验采用打压泵将新的气囊密封充气，压力控制在5bar，若未出现漏气现象在则说明新的气囊密封质量合格。
进一步，所述新的气囊密封与密封的粘贴连接过程，包括新的气囊密封与密封外侧粘贴连接、新的气囊密封与密封轴向等间距间隔粘贴连接、新的气囊密封与密封的端头粘贴连接。
进一步，步骤6铰接密封更换包括以下安装步骤：步骤1，确认盾构机密封腔内的杂质已被清理干净；步骤2，将密封与新的气囊密封粘结成的整体由3点钟位置沿着逆时针由上往下穿，沿着铰接密封位置布置，将整条密封呈环状固定；步骤3，布置到位后，利用工装对密封与新的气囊密封粘结成的整体的3点位置、9点位置为一组，11点位置、5点位置为一组，以及1点位置、7点位置为一组，对该6处位置进行预先安装，然后由点钟位置顺时针利用工装全部安装至密封腔指定位置；步骤4，对密封与新的气囊密封粘结成的整体进行压力测试；步骤5，对密封与新的气囊密封粘结成的整体复核安装位置，重新安装PA板、压板、紧固块、垫片、外六角螺栓；步骤6，对密封与新的气囊密封粘结成的整体进行压力复测试。
进一步，密封与新的气囊密封粘结成的整体在安装至密封腔时，需涂抹黄油进行润滑。
本发明的有益效果是：
本发明提供了在现场工况环境下更换铰接密封的施工方法，且已掘进1000m，无出现异常现象，效果非常明显。目前在国内外并无先例，本发明填补了该领域的空白，为该领域提供了一种可行的施工方法。
附图说明
图1为该盾构主动铰接密封更换方法的流程；
图2为盾构机铰接密封刨面结构示意图；
图3为气囊密封与密封外侧全部胶水粘接示意图；
图4为气囊密封与密封轴向等间距间隔粘接示意图；
图5为涂抹润滑脂位置示意图；
图6为密封预先安装点示意图；
图7为气囊密封安装工装结构示意图；
图2—7中，1—压板，2—外六角螺栓，3—垫片，4—C型块，5—PA板，6—密封，7—气囊密封，8—气囊阀嘴，9—工装。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，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，本发明公开了一种盾构主动铰接密封更换方法，适用于盾构主动铰接密封更换。该盾构主动铰接密封更换方法包括二次注浆，盾构机停机位置选择，调整盾构机停机姿态，盾构机注油脂、聚氨酯作业，抽排水，铰接密封更换。
步骤1二次注浆：
为确保铰接密封更换环境时无后侧来水影响，在确定更换位置后提前20环左右进行连续二次注浆，掘进过程中离盾尾3～4环处，每5环进行止水环施工，止水环之间采用0.6：1浓水泥浆进行灌注，隔绝后侧来水。
步骤2盾构机停机位置选择：
铰接密封更换主要选择在中微风化地层，渗水量非常小，适合长时间停机更换的位置。
步骤3调整盾构机停机姿态：
盾构停机前需要调整铰接，需尽量保持盾构机中盾与前盾连接处的间隙水平/垂直处基本一致，即呈同心圆状态。故停机前需将四组主动铰接油缸伸出约150mm～180mm，通过操作铰接油缸伸缩系统尽量将行程控制在同一数值，将刀盘退回30-50mm，由于铰接油缸位置不是绝对对称，故停机之后用内卡尺测量气囊安装位置的间隙，根据实际偏差情况，通过控制各组铰接的伸长量使各个间隙基本一致。经过以上布置调整后，中盾与前盾连接处整体呈同心圆状态，铰接密封拆除与安装过程较为顺利。
步骤4盾构机注油脂、聚氨酯作业：
（1）利用盾体四周预留的径向孔向盾体四周注入盾尾油脂，防止盾尾至铰接密封段地层中裂隙水大量汇集至铰接位置。根据盾构机的设计，盾体上预留的径向孔大小为1寸，与盾尾油脂注浆管连接注入。
其中，油脂的注入量需根据盾构机的盾体与开挖直径间隙进行计算；计算公式为：油脂的注入量=3.14×（R2 开挖半径-R2 中盾半径）×0.5m。
以开挖直径7.76m，中盾直径7.71m，径向孔0.5m范围内为例，根据上述计算公式，可计算出需注入0.3m³盾尾密封油脂，考虑损耗等因素现场总体按照0.3～0.5 m³控制。
（2）设备停放于指定检修位置后，铰接密封后部径向注脂孔注入水溶性聚氨酯以止水，防止第一道密封拆除后出现漏水现象。
其中，水溶性聚氨酯以止水的注入量需根据铰接密封位置后部的空间进行计算，计算公式为：
水溶性聚氨酯以止水的注入量=3.14×（R2 开挖半径-R2 中盾半径）×后部空间长度。
以铰接密封位置空间0.2m为例，根据上述计算公式，可计算出聚氨酯的注入量169L,但在实际注入过程中由于聚氨酯遇水膨胀，空间被已注入的聚氨酯发泡填充，实际注入量20～30L控制。第二道密封拆除完成后无出现渗漏水的情况，密封效果较为明显。
步骤5抽排水：
为现场提供良好的施工环境，现场应将护盾底部积水抽干，并在盾构机开挖仓内放入潜水泵，定期抽排仓内的水至盾尾，保持在铰接密封检修期间因水位上涨倒流影响更换工作。
步骤6铰接密封更换：
如图2所示，盾构机的铰接密封包括压板1、外六角螺栓2、垫片3、C型块4、PA板5、密封6、气囊密封7、气囊阀嘴8。其中，铰接密封更换包括以下更换步骤和以下安装步骤。
更换步骤：
（1）按照图2依次拆除外六角螺栓2、垫片3、压板1、PA板5、密封6、气囊阀嘴8、气囊密封7进行拆除。
（2）新的气囊密封7到场后首先进行压力试验。压力试验采用打压泵将新的气囊密封7充气，压力控制在5bar，若未出现漏气现在则说明新的气囊密封7质量合格。
（3）将新的气囊密封7切开，保证新的气囊密封7切口位置平顺整齐。
（4）经用旧气囊热硫化与冷粘试验对比，本实施例中，热硫化工艺优异于冷粘试验，故采用热硫化进行接口粘贴。将冷粘和热硫化的试验段进行加压至5bar,并将接口沉入放满水的水盆中，观察到冷粘的接口出现气泡，热硫化无气泡，热硫化的工艺较为明显。
（5）将新的气囊密封7拿至盾构机铰接密封安装位置进行拟合，拟合时铰接密封气囊应保持自然状态下，不得进行拉伸，并预留一定长度50～80cm，以进行后续硫化粘接。
（6）将新的气囊密封7与密封6用特种胶水进行粘贴连接，抽取新的气囊密封7真空，以便于后续安装作业。
其中，新的气囊密封7与密封6的粘贴连接过程，包括新的气囊密封7与密封6外侧粘贴连接、新的气囊密封7与密封6轴向等间距间隔粘贴连接、新的气囊密封7与密封6的端头粘贴连接。
新的气囊密封7与密封6外侧粘贴连接：在密封6与新的气囊密封7上均匀涂抹特种胶水，涂抹的位置及涂抹的范围如图3加粗黑线处所示，将密封6与新的气囊密封7平整对齐地粘贴连接。
新的气囊密封7与密封6轴向等间距间隔粘贴连接：待新的气囊密封7与密封6外侧粘贴连接凝固后，相隔一段距离约2.0m，往密封6与新的气囊密封7间隙涂抹一定量的特种胶水，将密封6与新的气囊密封7相隔一段距离完全粘贴连接一起，如图4加粗黑线处所示。
新的气囊密封7与密封6的端头粘贴连接：新的气囊密封7与密封6轴向等间距间隔粘贴连接凝固后，在两端用胶水粘结。粘贴完成后，在搬运转移过程中无脱落情况，粘贴效果明显。
（7）将新的气囊密封7与密封6预留一段长度，在3点钟和9点钟位置进行后续热硫化粘接或冷粘粘接；本实施例采用硫化粘接。
（8）在新的气囊密封7和密封6的安装位置两平面均匀涂抹润滑油脂，涂抹位置如图5加粗黑线处所示。
安装步骤：
（1）安装前，首先确认密封腔内的杂质已被清理干净。
（2）将密封6与新的气囊密封7粘结成的整体由3点钟位置沿着逆时针由上往下穿，沿着铰接位置布置，将密封6与新的气囊密封7粘结成的整体呈环状固定。由于整体重量为50kg，在密封6与新的气囊密封7粘结成的整体未塞入密封腔之前，为防止掉落可采取手拉葫芦或多条绑扎带在12点钟位置进行固定。
（3）密封6与新的气囊密封7粘结成的整体布置到位后，如下图6所示，首先将密封6与新的气囊密封7粘结成的整体的3点钟位置和9点钟位置利用工装9安装至密封腔内约5mm，然后再分别将11点钟位置、5点钟位置为一组，以及1点钟位置、7点钟位置为一组六个位置利用工装9安装至密封腔内约5mm。以上6个点位固定以后，再由点钟位置顺时针利用工装9安装至密封腔指定位置。铰接密封填塞进密封腔的效果较为紧密，平整无褶皱，且施工效率较为高效。
需要说明的是：在将密封6与新的气囊密封7粘结成的整体塞入密封腔时，需在整体上涂抹黄油以进行润滑，减小摩擦力。此外，气囊密封安装工装如图7所示，所使用工装9为圆弧形板体。
（4）对密封6与新的气囊密封7粘结成的整体进行压力测试，测试压力控制在4bar以下，利用配套工业气管加压至试验压力，测试时间为5min，未产生压降则试验满足要求。
（5）对密封6与新的气囊密封7粘结成的整体复核安装位置，重新安装PA板5、压板1、紧固块、垫片3、外六角螺栓2等。
（6）对密封6与新的气囊密封7粘结成的整体进行压力复测试，试验压力控制在5bar以内，测试时间为5min，未产生压降则试验满足要求。两次压力测试，密封气囊无出现明显的压降，密封效果明显。
Claims (7)
1.一种盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：该盾构主动铰接密封更换方法包括以下步骤：
步骤1二次注浆，在确定盾构机更换位置后提前20环进行连续二次注浆，盾构机掘进过程中离盾尾3～4环处，每5环进行止水环施工，止水环之间采用0.6：1浓水泥浆进行灌注，隔绝后侧来水；
步骤2盾构机停机位置选择，铰接密封更换主要选择在中微风化地层，渗水量小，适合长时间停机更换的位置；
步骤3调整盾构机停机姿态，盾构机停机前需要调整铰接，保持盾构机中盾与前盾连接处的间隙水平、垂直处基本一致，即呈同心圆状态；
步骤4盾构机注油脂、聚氨酯作业，利用盾体四周预留的径向孔向盾体四周注入盾尾油脂，防止盾尾至铰接密封段地层中裂隙水大量汇集至铰接位置；设备停放于指定检修位置后，铰接密封后部径向注脂孔注入水溶性聚氨酯以止水，防止第一道密封拆除后出现漏水现象；
步骤5抽排水，将盾构机护盾底部积水抽干，并在盾构机开挖仓内放入潜水泵，定期抽排仓内的水至盾尾；
步骤6铰接密封更换；
步骤6铰接密封更换包括以下更换步骤：
1，依次拆除盾构机铰接密封的外六角螺栓、垫片、压板、PA板、密封、气囊阀嘴和气囊密封；
2，对新的气囊密封进行压力试验；
3，将新的气囊密封切开，保证气囊密封切口位置平顺整齐；
4，利用旧气囊密封进行热硫化与冷粘试验对比，确定接口粘贴方式；
5，将新的气囊密封保持自然状态下，拿至盾构机铰接密封安装位置进行拟合；
6，将新的气囊密封与密封用特种胶水进行粘贴连接，抽取气囊密封真空；
7，将新的气囊密封与密封预留一段长度，在3点钟和9点钟位置进行后续热硫化粘接或冷粘粘接；
步骤6铰接密封更换包括以下安装步骤：
一，确认盾构机密封腔内的杂质已被清理干净；
二，将密封与新的气囊密封粘结成的整体由3点钟位置沿着逆时针由上往下穿，沿着铰接密封位置布置，将整条密封呈环状固定；
三，布置到位后，利用工装对密封与新的气囊密封粘结成的整体的3点位置、9点位置为一组，11点位置、5点位置为一组，以及1点位置、7点位置为一组，对这6处位置进行预先安装，然后由点钟位置顺时针利用工装全部安装至密封腔指定位置；
四，对密封与新的气囊密封粘结成的整体进行压力测试；
五，对密封与新的气囊密封粘结成的整体复核安装位置，重新安装PA板、压板、紧固块、垫片、外六角螺栓；
六，对密封与新的气囊密封粘结成的整体进行压力复测试。
2.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：步骤3中盾构机停机之后，需用内卡尺测量气囊安装位置的间隙，根据实际偏差情况，通过控制各组铰接的伸长量使各个间隙一致。
3.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：步骤4中油脂的注入量需根据盾构机的盾体与开挖直径间隙进行计算；
计算公式为：油脂的注入量=3.14×（R2 开挖半径- R2 中盾半径）×0.5m。
4.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：步骤4中水溶性聚氨酯以止水的注入量需根据铰接密封位置空间进行计算；
计算公式为：水溶性聚氨酯以止水的注入量=3.14×（R2 开挖半径-R2 中盾半径）×后部空间长度。
5.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：所述压力试验采用打压泵将新的气囊密封充气，压力控制在5bar，若未出现漏气现象在则说明新的气囊密封质量合格。
6.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：所述新的气囊密封与密封的粘贴连接过程，包括新的气囊密封与密封外侧粘贴连接、新的气囊密封与密封轴向等间距间隔粘贴连接、新的气囊密封与密封的端头粘贴连接。
7.根据权利要求1所述的盾构主动铰接密封更换方法，其特征在于：密封与新的气囊密封粘结成的整体在安装至密封腔时，需涂抹黄油进行润滑。
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