CN210685988U - 土压平衡盾构土舱主动搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，搅拌装置的内容如下：土压平衡盾构的旋转接头包括固定部件和旋转部件，包括搅拌驱动机构和与搅拌驱动机构连接的搅拌翼；旋转部件设置为中空结构；搅拌驱动机构穿过中空旋转部件以及刀盘隔板并伸入到土舱中；搅拌翼在土舱中装配到搅拌驱动机构上。本实用新型将设计的主动搅拌装置安装在刀盘隔板前后，在盾构施工过程中对刀盘支撑臂内土舱的渣土进行主动搅拌，提高了土舱渣土的流塑性，防止泥饼产生，有效确保盾构施工进度。此设计不仅可以在新造盾构机上使用，也可以对现有旧盾构机进行改造。

Description

土压平衡盾构土舱主动搅拌装置

技术领域

本实用新型涉及土压平衡盾构土舱的渣土搅拌，特别涉及一种土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，通过搅拌装置对土舱空间渣土进行搅拌，避免土舱结泥饼。

背景技术

现今地铁施工主要采用土压平衡盾构机，主驱动一般采用中心支撑式。盾构在推进过程中，刀盘前方刀具切削土体，土体进入土舱，然后经土舱下部的螺旋输送机输出，最终运输至地面弃掉。但由于经刀盘中心开口进入土舱的渣土无相对运动，刀盘四个支撑臂又对土舱渣土下落有阻碍作用，土舱非常容易结泥饼。

由于结泥饼导致盾构掘进出现推力大、推进速度慢、超方、喷涌等问题，最终导致盾构无法继续掘进，必须采取进舱清理泥饼方法来解决，严重影响盾构施工安全与进度。由于刀盘隔板后方安装有旋转接头，为解决土舱中心容易结泥饼之难题，现今常用的办法是土舱增加冲水系统或采用中间支撑式的主驱动。但虽然采用了这些方式，结泥饼的现象还时有发生。土舱中心容易结泥饼的主要原因是土舱中心渣土未进行充分搅拌。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和为安装此装置对旋转接头进行改造。在保证旋转接头功能正常的前提下，通过搅拌装置对土舱中心渣土进行充分搅拌，解决了盾构土舱中心容易结泥饼的难题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，土压平衡盾构的旋转接头包括固定部件和旋转部件，包括搅拌驱动机构和与搅拌驱动机构连接的搅拌翼，搅拌翼用于对土压平衡盾构的土舱进行搅拌；旋转部件设置为中空结构；搅拌驱动机构穿过中空旋转部件以及刀盘隔板并伸入到土舱中；搅拌翼在土舱中装配到搅拌驱动机构上。

作为优选方式，搅拌驱动机构包括电机，电机用于驱动搅拌翼旋转。

作为优选方式，搅拌驱动机构包括变频电机、减速机和传动轴；减速机与变频电机相连，减速机通过联轴器与传动轴连接；传动轴带动搅拌翼旋转；变频电机和减速机的安装支架与盾体固定。

作为优选方式，传动轴包括第一传动轴和第二传动轴；第一传动轴和第二传动轴通过连接法兰盘和法兰盘组件连接；

第一传动轴与联轴器固定，第二传动轴上安装固定筒，搅拌翼插入固定筒后通过横向螺栓组件固定。

作为优选方式，法兰盘组件上设置方形销，第一传动轴上设置用于安装方形销的凹槽；方形销安装到凹槽内后通过螺栓固定。

作为优选方式，第一传动轴的前后两端均设置轴承，第一传动轴的前端轴承固定在刀盘隔板上，第一传动轴的后端轴承固定在轴承套上，轴承套安装在旋转接头(比如旋转部件)上。作为优选方式，搅拌翼由圆管制成，圆管的端部设置为圆台。

作为优选方式，在刀盘隔板与传动轴之间设置密封组件。

作为优选方式，搅拌翼设置前后两组，两组搅拌翼并排设置在传动轴(或者第二传动轴)上，靠近刀盘的一组搅拌翼长度比靠近变频电机的一组搅拌翼长度更长。

作为优选方式，靠近刀盘的一组搅拌翼长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼；靠近变频电机的一组搅拌翼长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过对土压平衡盾构进行改造，将设计的主动搅拌装置安装在刀盘隔板前后，在盾构施工过程中可以对刀盘支撑臂内土舱的渣土进行充分主动搅拌，提高了土舱渣土的流塑性，防止泥饼产生，有效确保盾构施工进度。此设计不仅可以在新造盾构机上使用，也可以对现有旧盾构机进行改造。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是主动搅拌装置前视示意图；

图3是主动搅拌装置后视示意图；

图4是图1中A部的主动搅拌装置示意图；

图5是图4中B部的第一传动轴与刀盘隔板之间密封组件的示意图；

图中，1-刀盘，2-盾体，3-支撑臂，4-辅助管道，5-刀盘驱动部件，6-土舱，7-第二传动轴，8-固定筒，9-搅拌翼，10-连接法兰盘，11-法兰盘组件，12-固定部件，13-旋转部件，14-注脂口，15-后端密封，16-减速机，17-变频电机，18-联轴器，19-轴承套，20-后端轴承，21-泡沫进口，22-第一传动轴，23-密封垫，24-螺栓，25-前端密封，26-前端轴承， 27-刀盘隔板，28-第三通道，29-螺旋输送机。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1和图3所示，土压平衡盾构土舱6主动搅拌装置，土压平衡盾构的旋转接头包括固定部件12和旋转部件13，旋转接头一般设置在刀盘驱动部件5形成的区域中部，主动搅拌装置包括搅拌驱动机构和与搅拌驱动机构连接的搅拌翼9，搅拌翼9用于对土压平衡盾构的土舱6进行搅拌；旋转部件13设置为中空结构；搅拌驱动机构穿过中空旋转部件13以及刀盘隔板27并伸入到土舱6中；搅拌翼9在土舱6中装配到搅拌驱动机构上。

以上设置涉及到至少两个方面的改进，一方面将旋转接头的旋转部分设置为中空结构，另一方面设置了搅拌驱动机构和搅拌翼9。为了解决土舱6或者土舱6中心容易结泥饼的技术问题，本实用新型创新性的引入了土舱6搅拌机构，在盾构施工过程中可以对刀盘1支撑臂3内土舱6中心的渣土进行充分主动搅拌，从根本上解决了盾构土舱6容易结泥饼的难题，提高了土舱6中心渣土的流塑性，防止泥饼产生，有效确保盾构施工进度。渣土通过螺旋输送机29运出。由于渣土经过搅拌，更有利于运输。

实施例二

本实施例与实施例一相似，其不同之处在于，搅拌驱动机构包括电机，电机用于驱动搅拌翼9旋转。采用较为常见的电机进行驱动，动力的来源较为广泛，选择性较多。

如图2和图4所示，搅拌驱动机构包括变频电机17、减速机16和传动轴；减速机16与变频电机17相连，减速机16通过联轴器18与传动轴连接；传动轴带动搅拌翼9旋转；变频电机17和减速机16的安装支架与盾体2固定。采用变频电机17，可双向旋转、无级调速，适应能力强，且在一定程度上节能。

传动轴包括第一传动轴22和第二传动轴7；第一传动轴22和第二传动轴7通过连接法兰盘10和法兰盘组件11连接；

第一传动轴22与联轴器18固定，第二传动轴7上安装固定筒8，搅拌翼9插入固定筒8 后通过横向螺栓组件固定。

法兰盘组件11上设置方形销，第一传动轴22上设置用于安装方形销的凹槽；方形销安装到凹槽内后通过螺栓24(或者螺钉)固定。

第一传动轴22的前后两端均设置轴承，第一传动轴22的前端轴承26固定在刀盘隔板27 上，第一传动轴22的后端轴承20固定在轴承套19上，轴承套19安装在旋转接头(比如旋转部件13)上。

在刀盘隔板27与传动轴之间设置密封组件。

实施例三

搅拌翼9由圆管制成，圆管的端部设置为圆台，端部相当于有一个缓冲，避免受到强力后损坏，延长使用寿命。

搅拌翼9设置前后两组，两组搅拌翼9并排设置在传动轴(或者第二传动轴7)上，靠近刀盘1的一组搅拌翼9长度比靠近变频电机17的一组搅拌翼9长度更长，比如长20cm。

靠近刀盘1的一组搅拌翼9长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼9；靠近变频电机17的一组搅拌翼9长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼9。设置4根，相邻的两根搅拌翼9呈90°，搅拌翼9比较密集，增强搅拌效果。

设置两组搅拌翼9，搅拌范围大，搅拌效果更好，避免因为一组搅拌翼9搅拌效果差的情况发生。从刀盘1进入的土舱6的渣土，先经过长搅拌翼9的搅拌，之后再经过短搅拌翼9的搅拌，两者相互配合搅拌，搅拌效果好。

每个搅拌翼9都与传动轴相垂直。当在土舱6中心位置需要更换刀具时，依次将搅拌翼9、连接法兰盘10拆下，然后进行正常换刀，当换刀完成后再安装上。

实施例四

为了使得搅拌效果更好，本实用新型设置了辅助通道，通过辅助通道可以对切削土体进行改良。改良后的土体更利于搅拌，避免结泥饼。

辅助通道由多段组成。固定部件12上设置辅助通道的进口(当注入泡沫时为泡沫进口21)，刀盘1上设置辅助通道的出口。固定部件12上设置第一通道，旋转部件13上设置第二通道，刀盘隔板27上设置第三通道28，支撑臂3上设置第四通道，第三通道28和第四通道之间设置辅助管道4。当运送盾构渣土改良材料，比如泡沫等介质时，介质从固定部件12的辅助通道进口进入，之后经过第一通道、第二通道、第三通道28、辅助管道4和第四通道，最后从刀盘1上的辅助通道出口喷出，对渣土进行改良。辅助通道可以设置多条，或者一条辅助通道对应设置多个进口和/或出口。设置多个进口时，便于注入介质，且流量较大，压力较强。设置多个出口时，喷射面积广，改良范围宽。经过改良后的渣土，在土舱6中更容易搅拌，阻力更小，且搅拌装置的使用寿命会得到延长。

实施例五

在轴承套19上设置注脂口14，如图5所示，在刀盘隔板27与传动轴(第一传动轴22)之间安装前端密封25，前端密封25采用两指聚氨酯密封，定期通过注脂口14注入润滑脂，充满旋转接头旋转部件13与传动轴之间的空隙，对前端轴承26、后端轴承20有润滑作用，对两指聚氨酯密封有润滑和密封作用。轴承套19上设置后端密封15，后端密封15对注入的润滑脂起密封作用。轴承套19上设置一圈截面为梯形的凹槽，后端密封15为一圈截面为梯形的密封件，比如橡胶材质制成的密封件。后端密封15安装在轴承套19的凹槽内。

两指聚氨酯密封包括一个本体和两个支部，两个支部并排设置在本体上。支部包括延伸段和端部，延伸段与端部呈L型，延伸段与端部的夹角为钝角，且端部更靠近搅拌翼9。

实施例六

土压平衡盾构土舱6主动搅拌方法，包括以上所述的主动搅拌装置；主动搅拌装置可双向旋转、无级调速。为防止土舱6中心结泥饼，盾构掘进时先启动主动搅拌装置，然后再转刀盘1，刀盘1旋转方向与搅拌翼9旋转方向相反；停机时先停刀盘1，再停主动搅拌装置。

进一步地，在掘进前或者掘进的过程中，发泡的泡沫或者其他改良介质进入到上述辅助通道，由刀盘1面板的出口喷出，对刀盘1前方的渣土进行改良。

主动搅拌装置的工作原理如下：变频电机17旋转，经减速机16减速，带动联轴器18、第一传动轴22、法兰盘组件11、连接法兰盘10、第二传动轴7、固定筒8旋转，最终带动搅拌翼9在土舱6内旋转，对土舱6内的渣土进行充分搅拌。变频电机17、减速机16与盾体2固定。在上述过程中，传动轴的旋转速度与旋转接头旋转部件13(或刀盘1)的旋转速度相互独立。

实施例七

土压平衡盾构土舱6主动搅拌装置的安装方法，将旋转接头的固定部件12和旋转部件13 整体安装，旋转部件13与刀盘隔板27固定，固定部件12与盾体2固定；传动轴外侧依次套上轴承套19、后端轴承20，然后穿过中空旋转接头(即中空旋转部件13)，轴承套19与旋转部件13固定；

从土舱6中心依次将前端轴承26、密封组件(比如两指聚氨脂密封)安装至第一传动轴 22与刀盘隔板27空隙之间，将法兰盘组件11突出的正方形销安装进第一传动轴22前端的凹槽(无间隙配合)，通过螺栓24与第一传动轴22固定；

在土舱6中心将已经焊接为一体的第二传动轴7、固定筒8、连接法兰盘10通过螺栓组件与法兰盘组件11固定，中间垫上密封垫23；

然后通过横向螺栓组件将8个搅拌翼9分别与8个固定筒8固定；

盾体2内安装变频电机17、减速机16、联轴器18，联轴器18与第一传动轴22连接；变频电机17和减速机16的安装支架与盾体2固定。

安装完成、使用前通过注脂口14将空隙充满润滑脂，使用过程中定期注入、填充。

本实用新型可用于新造盾构机或对旧盾构机进行改造，尤其适用于现今常用的Ф6250mm 和Ф6440mm等中小直径土压平衡盾构机。

以上所述只是用图解说明本实用新型一种土压平衡盾构土舱6主动搅拌装置的一些原理及功能，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，尤其是通过对旋转接头改造对土舱6进行主动搅拌的方法均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，土压平衡盾构的旋转接头包括固定部件和旋转部件，其特征在于：包括搅拌驱动机构和与搅拌驱动机构连接的搅拌翼；旋转部件设置为中空结构；搅拌驱动机构穿过中空旋转部件以及刀盘隔板并伸入到土舱中；搅拌翼在土舱中装配到搅拌驱动机构上；

还包括辅助通道，固定部件上设置辅助通道的进口，刀盘上设置辅助通道的出口，通过辅助通道可以对切削土体进行改良。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：搅拌驱动机构包括电机，电机用于驱动搅拌翼旋转。

3.根据权利要求1所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：搅拌驱动机构包括变频电机、减速机和传动轴；减速机与变频电机相连，减速机通过联轴器与传动轴连接；传动轴带动搅拌翼旋转；变频电机和减速机的安装支架与盾体固定。

4.根据权利要求3所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：传动轴包括第一传动轴和第二传动轴；第一传动轴和第二传动轴通过连接法兰盘和法兰盘组件连接；

第一传动轴与联轴器固定，第二传动轴上安装固定筒，搅拌翼插入固定筒后通过横向螺栓组件固定。

5.根据权利要求4所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：法兰盘组件上设置方形销，第一传动轴上设置用于安装方形销的凹槽；方形销安装到凹槽内后通过螺栓固定。

6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：第一传动轴的前后两端均设置轴承，第一传动轴的前端轴承固定在刀盘隔板上，第一传动轴的后端轴承固定在轴承套上，轴承套安装在旋转接头上。

7.根据权利要求1-6任一所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：搅拌翼由圆管制成，圆管的端部设置为圆台。

8.根据权利要求3-6任一所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：在刀盘隔板与传动轴之间设置密封组件。

9.根据权利要求3-6任一所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：搅拌翼设置前后两组，两组搅拌翼并排设置在传动轴上，靠近刀盘的一组搅拌翼长度比靠近变频电机的一组搅拌翼长度更长。

10.根据权利要求9所述的土压平衡盾构土舱主动搅拌装置，其特征在于：靠近刀盘的一组搅拌翼长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼；靠近变频电机的一组搅拌翼长度一致且在传动轴的周向上均匀安装4根搅拌翼。

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