CN114061925A - 一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，包括以下步骤：步骤1、将需要监测磨损的盾尾密封刷两侧的油脂腔内注入油脂。前腔油脂压力大于后腔油脂压力。前后腔油脂压力差保证油脂由前腔向后腔流动；步骤2、记录前后腔压力差及前腔油脂的泄漏率，结合前后腔压力差‑泄漏率‑盾尾密封刷磨损曲线，即可确定盾尾密封刷的磨损量，实现盾尾密封刷磨损的在线监测，提高盾尾密封系统的密封效率和密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进施工领域，具体的是一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法。
背景技术
盾构法施工以其安全、高效的特点，已成为隧道工程中一种重要的施工方法。这种工法施工通过采用盾壳支撑前方和上部土体，并采用密封措施防止盾壳外部水土侵入盾体内，从而可有效地保证盾构施工人员的安全。后盾与管片之间的密封称为盾尾密封系统。盾尾密封系统是土压/泥水盾构中防止地下水、沙土、泥水和注浆液渗漏进入尾盾的关键装置。常见的盾尾密封系统包含多道尾刷，尾刷间形成油脂腔。盾构掘进时，通过注脂泵向油脂腔内注入足够的盾尾油脂，盾尾刷与衬砌相互挤压，达到密封的目的。在盾构机掘进过程中尾刷压紧管片并产生相对运动。因此，尾刷在较大的预紧力下很容易产生磨损，若磨损过度没有及时更换，很容易引起油脂腔的泄露从而导致盾尾密封系统破坏。盾尾密封系统一旦破坏，则盾体外的水土、背填浆液很容易穿透盾尾密封进入盾体内，出现盾尾漏浆、漏水现象，严重影响盾构掘进施工，甚至造成地面沉陷、水淹隧道等事故。盾尾密封损坏情况相当普遍，对施工安全、设备安全、人员安全形成重大威胁，对盾构顺利掘进形成重大挑战。
发明内容
为了实时监测盾尾密封刷的磨损量，本发明提供了一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法能监测盾尾密封刷的磨损量，并可以设置磨损预警值提示技术人员定期更换盾尾密封刷，从而避免密封仓的泄露，保障盾构机掘进工作的持续高效进行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，所述盾尾密封系统含有多道密封刷，密封刷的前后两侧分别含有油脂腔，所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法包括以下步骤：
步骤1、向待测的密封刷前侧和后侧的油脂腔内注入密封油脂，使该密封刷前侧的油脂腔内的压强大于该密封刷后侧的油脂腔内的压强，测量该密封刷前侧的油脂腔内的压强，测量该密封刷后侧的油脂腔内的压强，测量向该密封刷前侧的油脂腔注入所述密封油脂的注入量和注入时间；
步骤2、得到待测的密封刷的前后油脂腔压强差，计算出待测的密封刷的泄漏率，根据前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，确定待测的密封刷的磨损量。
本发明的有益效果是：
1、通过监测压强差和泄漏率间接计算尾刷的磨损量，不需要设计电路系统，因此不受环境和电磁干扰，在大型监测环境下更加稳定。
2、能够监测盾尾密封刷的磨损量，并可以设置磨损预警值提示技术人员定期更换盾尾密封刷，从而避免密封仓的泄露，保障盾构机掘进工作的持续高效进行。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述盾尾密封系统的示意图。
图2是所述设定前后油脂腔压强差值为0.1MPa时的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线。
图3是所述设定前后油脂腔压强差值为0.5MPa时的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线。
图4是所述设定前后油脂腔压强差值为1MPa时的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线。
1、盾尾；2、第四尾刷；3、第三油脂腔；4、第三尾刷；5、第二油脂腔；6、第二尾刷；7、第一油脂腔；8、第一尾刷；9、管片；10、注脂通道；11、密封刷；12、油脂腔；13、外压力腔；14、调压管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，所述盾尾密封系统含有多道环形的密封刷11，密封刷11的前后两侧分别含有油脂腔12，所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法包括以下步骤：
步骤1、向待测的密封刷11前侧和后侧的油脂腔12内注入密封油脂，使该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强大于该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强，该密封刷11前侧的油脂腔12内的密封油脂将流入该密封刷11后侧的油脂腔12内，测量该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强，测量该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强，测量向该密封刷11前侧的油脂腔12注入所述密封油脂的注入量和注入时间；
步骤2、计算出待测的密封刷11的前后油脂腔压强差，计算出待测的密封刷11的泄漏率，根据前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，确定待测的密封刷11的磨损量。
在步骤1之前可以进行准备工作，所述准备工作为使掘进状态下的盾构机停止工作，此时，该盾构机的盾尾1相对于管片9静止，然后可以进行本发明所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法。当然，盾构机也可以在掘进状态下测量密封刷磨损量，但是盾构机在停止工作的状态下测量精度会更高。图1中，该盾构机的盾尾1沿箭头方向掘进工作。
具体的，所述步骤1可以含有以下步骤：
步骤1.1、向待测的密封刷11前侧和后侧的油脂腔12内注入密封油脂，使该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强大于该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强，该密封刷11前侧的油脂腔12内的密封油脂将流入该密封刷11后侧的油脂腔12内；
步骤1.2、测量该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强，测量该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强，测量向该密封刷11前侧的油脂腔12内注入所述密封油脂的注入量和注入时间(即注入时长)。
在所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线中含有两个自变量和一个因变量，两个自变量为前后油脂腔压强差和泄漏率，该关系曲线为三维曲线，三维曲线使用起来不方便，而且获得该三维曲线的工作量也非常巨大。
为了方便实现，优选所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线为设定前后油脂腔压强差值下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线。即该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强值减去该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强值为设定值，所述设定前后油脂腔压强差值可以为0.1MPa、0.5MPa或1.0MPa。
相应的，所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线可以是前后油脂腔压强差为0.1MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，如图2所示。或者，所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线可以是前后油脂腔压强差为0.5MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，如图3所示。所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线可以是前后油脂腔压强差为1.0MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，如图4所示。
在步骤2中，所述前后油脂腔压强差等于该密封刷11前侧的油脂腔12内的压强减去该密封刷11后侧的油脂腔12内的压强。在步骤2中，所述泄漏率等于所述注入量除以所述注入时间。设定前后油脂腔压强差值下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线可以通过有限次的实验测量记录后制图获得。
所述前后油脂腔压强差已知，根据计算出的泄漏率，对照泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线就可以得到待测的密封刷11的磨损量。例如，泄漏率对应于该关系曲线的横坐标，与该泄漏率对应的纵坐标就是密封刷11的磨损量。其中，所述磨损量的单位为厘米。所述泄漏率的单位为L·s-1mm-1，其含义为每毫米尾刷宽度每秒钟泄漏的升数。
在本实施例中，油脂腔12内可以含有多个压力传感器，所述多个压力传感器沿油脂腔12的周向均匀间隔排列。设置多个压力传感器可以在测量时采用平均值的方式提高测量精度，也可以及时知道其中的某个压力传感器是否损坏失效。
在本实施例中，多道密封刷11套设于盾尾1和管片9之间，盾尾1内设有注脂通道10，注脂通道10连接有油泵，注脂通道10能够独立地向每个油脂腔12内供应所述密封油脂，每个油脂腔12内的压强也可以独立的控制，从而可以精确的控制相邻的两个油脂腔12内压强的差值。
在本实施例中，盾尾1内还设有调压管14，调压管14位于盾尾1的侧壁内，调压管14的入口位于盾尾1的后端面，调压管14的出口位于盾尾1内，调压管14能够调节最外侧密封刷11外的油脂腔12内的压强，从而使图1中最右侧的密封刷11左右两侧的油脂腔12内压强的差值达到设定值。
下面详细介绍本发明所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法。
所述盾尾密封系统含有四道环形的密封刷11，从后向前依次为第一尾刷8、第二尾刷6、第三尾刷4和第四尾刷2、所述盾尾密封系统含有四个油脂腔12，从后向前依次为外压力腔13、第一油脂腔7、第二油脂腔5和第三油脂腔3。
实施例1
本实施例的目的在于测量第二尾刷6的磨损量，即第二尾刷6为待测的密封刷11。本实施例所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法包括以下步骤：
步骤1、向第二油脂腔5和第一油脂腔7内注入密封油脂，使第二油脂腔5内的压强比第一油脂腔7内的压强大0.5MPa，第二油脂腔5内的密封油脂流入第一油脂腔7内，测量10秒内向第二油脂腔5内注入所述密封油脂的注入量，如注入量为20L；
步骤2、前后油脂腔压强差为0.1MPa，计算出第二尾刷6的泄漏率为2L/s，根据前后油脂腔压强差为0.1MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，找到横坐标为2L/s对应的纵坐标值，该纵坐标值即为第二尾刷6的磨损量。
当还可以重复上述步骤1和步骤2，对第二尾刷6的磨损量进行校对，优选重复上述步骤1和步骤2时，使第二油脂腔5内的压强比第一油脂腔7内的压强大0.5MPa或1.0MPa。即相应的使用前后油脂腔压强差为0.5MPa或1.0MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，以获得第二尾刷6的磨损量。
实施例2
本实施例的目的在于测量第一尾刷8的磨损量，即第一尾刷8为待测的密封刷11。本实施例所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法包括以下步骤：
步骤1、向第一油脂腔7内注入密封油脂，使第一油脂腔7内的压强比外压力腔13内的压强大0.1MPa，第一油脂腔7内的密封油脂流入外压力腔13内，测量5秒内向第一油脂腔7内注入所述密封油脂的注入量，如注入量为15L；
步骤2、前后油脂腔压强差为0.1MPa，计算出第一尾刷8的泄漏率为3L/s，根据前后油脂腔压强差为0.1MPa下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，找到横坐标为3L/s对应的纵坐标值，该纵坐标值即为第一尾刷8的磨损量。
为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“前”表示图1的左侧的方向，方位词“后”表示图1的右侧的方向。本发明采用了阅读者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，所述盾尾密封系统含有多道密封刷(11)，密封刷(11)的前后两侧分别含有油脂腔(12)，其特征在于，所述盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法包括以下步骤：
步骤1、向待测的密封刷(11)前侧和后侧的油脂腔(12)内注入密封油脂，使该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强大于该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强，测量该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强，测量该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强，测量向该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)注入所述密封油脂的注入量和注入时间；
步骤2、得到待测的密封刷(11)的前后油脂腔压强差，计算出待测的密封刷(11)的泄漏率，根据前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线，确定待测的密封刷(11)的磨损量。
2.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，所述步骤1含有以下步骤：
步骤1.1、向待测的密封刷(11)前侧和后侧的油脂腔(12)内注入密封油脂，使该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强大于该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强；
步骤1.2、测量该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强，测量该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强，测量向该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)注入所述密封油脂的注入量和注入时间。
3.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，在步骤1中，该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强值减去该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强值为设定值。
4.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，在步骤2中，所述前后油脂腔压强差等于该密封刷(11)前侧的油脂腔(12)内的压强减去该密封刷(11)后侧的油脂腔(12)内的压强。
5.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，在步骤2中，所述泄漏率等于所述注入量除以所述注入时间。
6.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，在步骤2中，所述前后油脂腔压强差-泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线为设定前后油脂腔压强差值下的泄漏率-盾尾密封刷磨损量关系曲线。
7.根据权利要求6所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，所述设定前后油脂腔压强差值为0.1MPa、0.5MPa或1MPa。
8.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，油脂腔(12)内含有多个压力传感器，所述多个压力传感器沿油脂腔(12)的周向均匀间隔排列。
9.根据权利要求1所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，多道密封刷(11)套设于盾尾(1)和管片(9)之间，盾尾(1)内设有注脂通道(10)，注脂通道(10)能够独立地向每个油脂腔(12)内供应所述密封油脂。
10.根据权利要求9所述的盾尾密封系统中密封刷磨损量的在线监测方法，其特征在于，盾尾(1)内还设有调压管(14)，调压管(14)能够调节最外侧密封刷(11)外的油脂腔(12)内的压强。
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