CN219101338U - 盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，包括：耐磨止浆板刷结构，包括内侧止浆板刷和外侧止浆板刷，所述内侧止浆板刷通过第一连接机构连接固定在盾尾的第一部位，外侧止浆板刷通过第二连接机构连接固定在盾尾的第二部位，第一部位与第二部位不同，且内侧止浆板刷和外侧止浆板刷朝向掘进后方开口，内侧止浆板刷抵接管片，外侧止浆板刷抵接围岩；橡胶气囊结构，所述橡胶气囊结构具有面向掘进后方的封堵面，并且在充气膨胀状态下，所述封堵面的内侧区域与管片紧密接触，外侧区域与围岩紧密接触。本实用新型能够保证管片壁后注浆的封堵，不至于漏浆至盾壳甚至前方土舱内。

Description

盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及开挖间隙回填技术，具体涉及盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统。

背景技术

盾构一般包括土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种盾构形式，是一种用于软土或松散岩体隧道开挖掘进的施工工艺。其主要特点在于：

(1)为了出渣，刀盘需具有一定开口率；

(2)有封闭的土舱，在进行开挖的过程中能给掌子面施加稳定的压力；

(3)有封闭稳定的出渣系统，例如土压平衡盾构靠螺旋输送机出渣，而泥水平衡盾构靠泥浆压力管道出渣；

(4)有封闭的盾尾刷结构，盾尾刷与管片外壁接触能够完全密封，保证同步注浆浆液不渗漏进入隧道内部。

盾构在全断面硬岩地层掘进面临如下问题：

盾构通常用于开挖土体，然而，随着工程建设的逐渐发展，我国一些沿海城市，如青岛、大连、深圳等地区的地层展现出：土岩复合、软硬不均、等非常复杂的特性，存在大量地层破碎带区域，甚至地质勘查的结果也不能完全展现出这些复杂地层的分布。这样就导致盾构原本在软弱地层(土或强风化岩层)掘进时，忽然遭遇一段全断面硬岩地层段。或者尽管地质勘查到了一小段的硬岩地层(距青岛地区的地质情况统计是一般是1000m左右的区间有50～100m的硬岩段)，但由于工期或者成本问题，此时又不可能针对这一小段的硬岩地层更换TBM(或其他硬岩地层施工方法)，因此不得不继续采用盾构来掘进这段硬岩地层。

盾构(既包括土压平衡盾构也包括泥水平衡盾构)在全断面硬岩地层中的注浆过程中，由于盾尾刷的存在，同步注浆的浆液不会随内侧间隙(盾尾与管片的间隙)而流入隧道内部，但盾尾与围岩之间缺少封堵设备，这就容易浆液从外侧间隙(盾尾与围岩的间隙)而流窜入盾壳、甚至流入土舱中。综合起来，会出现如下问题：

(1)同步注浆的浆液会流入盾壳与围岩之间的间隙，存在凝结后抱死盾壳、导致盾构被困的风险；

(2)更严重的情况是浆液会通过盾壳与围岩的间隙向前窜入土舱中，凝结后造成刀盘和刀具被卡主的风险；

(3)盾构在软土地层中虽然也有开挖间隙，但由于其开挖后会塌落一部分导致间隙减小，且对软土地层注浆后，浆液也会渗入土层中起到加固作用，因此不会大面积流窜入盾壳等区域。但在硬岩地层中既不会塌落也不存在浆液渗透的作用，因此很容易引起窜浆风险；

(4)由于浆液不会渗入硬岩地层中，这就导致管片完全被浆液所包裹，造成比软土地层中更严重的管片上浮现象，继而很容易引起管片错台、破损、密封垫错位等严重的隧道结构质量问题。

(5)由于担心漏浆、窜浆等问题，现场施工有时会放弃同步注浆的工作，改成待管片脱出盾尾3～5环后，在管片的预留孔进行径向灌浆。这样又会出现更多的问题，例如，脱出盾尾的这几环管片此时仅靠千斤顶和相邻管片间的摩擦和螺栓连接作用而支撑，竖直方向上没有受到任何支撑力因此极易造成管片错台、破损、甚至影响隧道安全等隐患，同时由于全断面岩石地层中土舱内不需要建压(空舱掘进)，所以千斤顶作用力很低，增加了管片失稳的隐患。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型主要目的是提供一种盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，以解决现有技术中的一个或多个问题。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型首先提供一种盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，包括：耐磨止浆板刷结构，整体呈与盾尾一致的环形，并连接固定至盾尾，包括内侧止浆板刷和外侧止浆板刷，所述内侧止浆板刷通过第一连接机构连接固定在盾尾的第一部位，外侧止浆板刷通过第二连接机构连接固定在盾尾的第二部位，第一部位与第二部位不同，且内侧止浆板刷和外侧止浆板刷朝向掘进后方开口，内侧止浆板刷抵接管片，外侧止浆板刷抵接围岩；橡胶气囊结构，整体呈与盾尾一致的环形，并布置在所述内侧止浆板刷与外侧止浆板刷之间，所述橡胶气囊结构具有面向掘进后方的封堵面，并且在充气膨胀状态下，所述封堵面的内侧区域与管片紧密接触，外侧区域与围岩紧密接触。

较佳的，所述盾尾边缘临时开设螺栓孔，耐磨止浆板刷结构通过基座板连接固定至盾尾，所述基座板具有朝向掘进前方的连接段，连接段上开设有第一螺栓孔，连接段通过固定螺栓穿过第一螺栓孔连接固定至盾尾。

较佳的，所述连接段上还开设有第二螺栓孔，并且所述第一部位为所述连接段上相对靠近盾尾的位置，所述第一连接机构为箍紧螺栓，内侧止浆板刷通过箍紧螺栓穿过第二螺栓孔连接固定至连接段。

较佳的，所述基座板具有朝向掘进后方的延伸段，延伸段上开设有第三螺栓孔，所述第二部位为所述延伸段上相对远离盾尾的位置，所述第二连接机构为连接螺栓，外侧止浆板刷通过连接螺栓穿过第三螺栓孔连接固定至延伸段。

较佳的，所述内侧止浆板刷有多组，呈与盾尾一致的环形布置，由钢丝板刷、内侧保护板和外侧保护板组成，钢丝板刷、内侧保护板和外侧保护板上均对应开设有箍紧螺栓孔。

较佳的，所述外侧止浆板刷有多组，呈与盾尾一致的环形布置，其一端开设有双排螺栓孔，与所述延伸段采用双排螺栓连接，另一端作向内弯折处理，并在弯折处作倒圆角。

较佳的，所述外侧止浆板刷采用65Mn弹簧钢制作。

较佳的，所述外侧止浆板刷包括常规止浆板刷和过浆止浆板刷，所述过浆止浆板刷布置在同步注浆管位置，单块过浆止浆板刷的宽度大于常规止浆板刷，并且在对应同步注浆管位置开设至少一个与同步注浆管孔径相同的注浆管通道，所述注浆管通道用于穿设延长的同步注浆管。

较佳的，该盾尾止浆系统还包括气囊保护结构，所述气囊保护结构包括外包耐磨弹性钢丝网，外包耐磨弹性钢丝网包覆在所述封堵面，绕过所述封堵面的内侧区域和外侧区域连接固定于所述基座板上。

较佳的，所述气囊保护结构还包括内嵌耐磨弹性钢丝网，内嵌耐磨弹性钢丝网嵌入气囊表层或内部。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：本实用新型设计了一种盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，以保证管片壁后注浆的封堵，不至于漏浆至盾壳甚至前方土舱内。预期能够达到如下具体效果：

不更改原盾尾刷结构的基础上，直接在盾尾的末端增加了钢丝板刷结构，且钢丝板刷内部充满密封油脂，既可以起到密封的作用又可以起到保护原有盾尾刷的效果。内外两侧保护板重叠搭接布置，可以密封整个钢丝板刷结构，保证油脂不易漏出，同时还能起到稳定整个结构的目的。

特殊设计的基座板，与盾尾完全螺栓连接，不需要对既有盾尾做任何特殊的处理，连接方式简单便捷，也方便了其可更换性。

外侧止浆板刷与内侧止浆板刷各自独立安装在不同的位置，便于独立更换外侧板刷时只需要打开连接螺栓即可。

外侧止浆板刷在盾构的同步注浆管位置特殊设计和处理，既保证了不影响同步注浆过程，又能够起到密封效果。

止浆板刷的材料为65Mn弹簧钢，具有一定的弹性和耐磨性，同时气囊也嵌有耐磨钢丝，确保施工中不易磨损破坏。

应当理解，本实用新型任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为耐磨止浆板刷整体结构示意图；

图2为基座板结构示意图，其中(a)为侧面图，(b)为平面图；

图3为内侧止浆板刷结构侧面示意图；

图4为内侧止浆板刷的组成部分示意图，其中(a)为钢丝板刷平面图，(b)为内侧保护板平面图，(c)为外侧保护板平面图；

图5为内侧止浆板刷组装平面示意图，其中(a)为钢丝板刷并排，(b)为内侧保护板搭接，(c)为外侧保护板搭接；

图6为外侧止浆板刷结构侧面示意图；

图7为外侧止浆板刷组装平面示意图，其中(a)为单块平面图，(b)为三块搭接平面图；

图8为过浆止浆板刷结构侧面示意图；

图9为过浆止浆板刷的组成部分示意图，其中(a)为其中一块过浆止浆板刷平面图，(b)为另一块过浆止浆板刷平面图，(c)为常规止浆板刷平面图；

图10为过浆止浆板刷组装平面示意图；

图11为气囊特殊处理示意图，其中(a)为侧面图，(b)为正面图；

图12为耐磨钢丝网结构示意图；

图13为橡胶气囊结构示意图，其中(a)为充气前状态，(b)为充气后状态；

图14为止浆系统安装流程示意图；

图15为采用止浆系统进行施工流程示意图；

图16为盾构横截面示意图，其中(a)为充气前状态，(b)为充气后状态。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。

基于现有技术中存在的问题，本实用新型设计一种直接可安装在盾构盾尾的止浆系统，主要考虑以下设计原则：

(1)安装可行性和适用性。结构要具有普遍性，即可在大部分盾构盾尾直接安装，同时又不能过大地损坏或更改既有盾尾的结构，影响盾构本身的设备使用。

(2)具有封堵盾壳与围岩间隙的能力。当进行同步注浆时浆液容易从盾尾与围岩的间隙流窜至盾壳，造成盾壳抱死，如果漏浆量过大还容易流到前方刀盘位置，严重影响滚刀破岩等问题。另外，对于原有盾尾刷来说，尽管可以保证浆液不从管片与盾尾的内部间隙流进隧道内，但盾尾刷的更换及密封油脂的消耗量过大也一直是个施工问题，因此，需要能够保护原有盾尾刷、降低油脂消耗。

(3)耐磨性。这一点要专门针对外侧的封堵设备，因为外侧的封堵设备会直接与围岩接触，且在盾构推进过程中一直与围岩产生接触摩擦。

(4)柔韧性。这一点针对的是内侧的封堵设备，因为内侧封堵设备直接与管片外壁接触，过大的刚度会造成管片的破损。因此要具有一定的柔韧性和可变形度，保证封堵设备与管片外壁呈柔性接触。

(5)可检查性和可更换性。对于盾构施工过程中恶劣的地质条件的不可控制，因此必须保证能在方便的条件下检查封堵设备的完整性，同时还要保证其可更换性，以备在封堵设备严重磨损的情况下进行及时更换，因此为了能够方便人工更换，其单块重量不得过大。

鉴于以上存在的问题和设计要求，本实用新型设计盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，以某6m级直径的盾构为例，结合较佳的实施方式对本实用新型的实现进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，整体安装在现有的盾构盾尾1上，由耐磨止浆板刷结构2、橡胶气囊结构3及各部件相应的连接螺栓组成。

结合图2，耐磨止浆板刷结构2整体呈与盾尾1一致的环形，并连接固定至盾尾1，包括内侧止浆板刷21和外侧止浆板刷22，内侧止浆板刷21通过第一连接机构连接固定在盾尾1的第一部位，外侧止浆板刷22通过第二连接机构连接固定在盾尾1的第二部位，第一部位与第二部位不同，且内侧止浆板刷21和外侧止浆板刷22朝向掘进后方开口，内侧止浆板刷21抵接管片，外侧止浆板刷22抵接围岩。

由于外侧止浆板刷22直接与围岩接触，相较于内侧止浆板刷21与管片接触的情况将更容易被磨损，本实用新型通过将内侧止浆板刷和外侧止浆板刷采用不同的连接机构连接在盾尾不同的位置，当想要更换外侧板刷的时候只需要单独打开外侧止浆板刷22的第二连接机构即可。

橡胶气囊结构3整体呈与盾尾一致的环形，并布置在内侧止浆板刷21与外侧止浆板刷22之间，橡胶气囊结构3具有面向掘进后方的封堵面，并且在充气膨胀状态下，封堵面的内侧区域与管片紧密接触，外侧区域与围岩紧密接触。

在本实用新型中，以下术语应当做一般性理解：

所谓内侧区域即橡胶气囊结构3环形的内侧区域，靠近管片一侧的局部区域；所谓外侧区域即橡胶气囊结构3环形的外侧区域，靠近围岩一侧的局部区域。

所谓“前方”应当理解为盾构掘进的方向，“后方”即盾构掘进的反方向。

借助本实用新型的止浆系统，直接安装于现有的盾构盾尾上，内侧止浆板刷21抵接贴合管片，实现对盾尾内侧(即盾尾与管片外壁之间的缝隙)的封堵，外侧止浆板刷22抵接贴合围岩，实现对盾尾外侧(即盾尾与围岩之间的间隙)的封堵，同时借助充气封堵，如此，可以完全将管片壁后间隙堵住，以保证管片壁后注浆的封堵，不至于漏浆至盾壳甚至前方土舱内。

在一些实施例中，继续参见图1，盾尾1边缘临时开设螺栓孔，耐磨止浆板刷结构1通过基座板4和固定螺栓5固定至盾尾1。基座板4为条形直板或存在一定弧度的弧形板结构，边缘形状与盾尾1边缘对应一致，例如设计为企口型，能与盾尾1边缘贴合固定即可，其上开设有多个螺栓孔，通过采用固定螺栓5穿过基座板4上的螺栓孔和盾尾1边缘上临时开设的螺栓孔，从而将基座板4连接固定至盾尾1上。耐磨密封板与盾尾采用螺栓连接的方式，螺栓易拆卸，当密封板刷磨损严重时可直接通过拆卸螺栓更换而不像焊接那样需要切割下来，不管是安装还是磨损后的更换都比较方便；相比于焊接等热处理方式，焊接受热容易导致盾尾变形，盾尾变形后(即变得不圆)会严重影响管片拼装的质量，螺栓连接不会损坏盾尾的结构，也不会因焊接等热处理造成盾尾变形等问题。

基座板设计：

如图2所示，在一些实施例中，基座板4具有朝向掘进前方的连接段41，连接段41上开设有第一螺栓孔(图中未标出，即穿设固定螺栓5的螺栓孔)，连接段41通过固定螺栓5穿过第一螺栓孔连接固定至盾尾1。

在一些实施例中，连接段41上还开设有第二螺栓孔(图中未标出，即穿设箍紧螺栓42的螺栓孔)，并且第一部位为连接段41上相对靠近盾尾的位置，第一连接机构为箍紧螺栓42，内侧止浆板刷21通过箍紧螺栓42穿过第二螺栓孔连接固定至连接段41。

具体的，连接段41形成有凸出端头和插槽部，凸出端头上开设第一螺栓孔，插槽部上开设第二螺栓孔，并且插槽部内形成插槽，内侧止浆板刷21插入插槽内并用箍紧螺栓42箍紧固定。借助插槽对内侧止浆板刷21的插接和箍紧螺栓42的箍紧固定，从而将内侧止浆板刷21稳定地保持在连接段41上，避免脱落。

继续参见图2，在一些实施例中，基座板4具有朝向掘进后方的延伸段43，延伸段43上开设有第三螺栓孔(图中未标出，即穿设连接螺栓44的螺栓孔)，第二部位为延伸段43上相对远离盾尾的位置，第二连接机构为连接螺栓44，外侧止浆板刷22通过连接螺栓44穿过第三螺栓孔连接固定至延伸段43。

需要说明，延伸段43朝向盾构隧道外侧斜向延伸，整体与内侧止浆板刷21形成Y造型。

较佳的，第二螺栓孔为单排孔，第三螺栓孔为双排孔，连接螺栓44设置双排，外侧止浆板刷22与延伸段43采用双排螺栓固定，搭接时更稳定而不容易发生宽度方向的旋转。

较佳的，考虑到加工制作的可行性和现场安装的便利性，基座板4的宽度设计为200mm。

内侧止浆板刷设计：

内侧止浆板刷21有多组，呈与盾尾一致的环形布置，继续参见图3，在一些实施例中，内侧止浆板刷21由钢丝板刷211、内侧保护板212和外侧保护板213组成，结合图4，钢丝板刷211、内侧保护板212和外侧保护板213上均对应开设有箍紧螺栓孔214。这种布置在于：由于盾构的盾尾本身配备有盾尾刷，盾尾刷也是可以保证浆液不会从盾尾内侧流入隧道内部，但有时盾尾刷会由于管片姿态不正确等因素被磨损或失效。本实用新型在考虑以上问题并不更改原盾尾刷结构的基础上，直接在盾尾的末端增加了钢丝板刷结构，且钢丝板刷内部充满密封油脂，这样既可以起到密封的作用又可以起到保护原有盾尾刷的效果，免受浆液的侵蚀，以增加盾尾刷的使用寿命、降低密封油脂的更换频率，另一方面与外侧止浆板刷构成一个张开式的整体，当气囊膨胀后可以起到支撑和保护气囊的作用。但是由于钢丝板刷充满油脂更换特别麻烦，且因为内侧止浆板刷与管片接触磨损不严重，对于磨损后的更换来说，只更换外侧的即可，因此本实用新型将内侧止浆板刷与外侧止浆板刷分开单独配置，后续更换时可各自独立拆卸更换，相互不影响，在更换磨损较快的外侧止浆板刷时无需拆卸内侧止浆板刷。

图4中的平面图展现出单块钢丝板刷及两侧保护板的宽度优选为100mm，即为基座板宽度(200mm)的一半，故至少需要两块并排的方式才能铺满一整块基座板。由于钢丝板刷呈张开状态，因此，只能采用并排的方式，而其内侧和外侧的保护板则采用搭接的方案连接布置，如图5所示。这种布置的特点如下：钢丝板刷有一定厚度呈张开状态，故不能重叠搭接布置，但其内外两侧有保护板，保护板可以重叠搭接布置，这样的好处是可以密封整个钢丝板刷结构，保证油脂不易漏出，同时还能起到稳定整个结构的目的。

外侧止浆板刷设计：

外侧止浆板刷22有多组，呈与盾尾一致的环形布置，继续参见图6，在一些实施例中，外侧止浆板刷22一端开设有双排螺栓孔，与延伸段43采用双排螺栓连接，另一端作向内弯折处理，并在弯折处作倒圆角；较佳的弯折处理为90°或近似90°弯折，并在弯折处做圆滑处理，形成圆弧状边角。整个结构细节上具有如下特点：

(1)与基座板采用双排螺栓固定，搭接时更稳定而不容易发生宽度方向的旋转。

(2)止浆板刷外侧一端呈圆弧状边角，如此借助圆滑面与围岩面接触，其目的是降低与围岩的摩擦作用而对止浆板造成损害，又能够降低其磨损。

如图7中所示，单块止浆板刷宽度为100mm，而基座板宽度为200mm，因此，止浆板刷采用重叠搭接的方式通过螺栓固定在基座板上。单块止浆板刷宽度为基座板的一半，这样每块基座板间都能够保证由止浆板刷重叠搭接后密封连接，保证结构的密封效果。

较佳的，止浆板刷采用三层重叠搭接的方式布置，且每两层之间粘贴防水橡胶，以保证止浆板刷之间的密封性。三层止浆板刷通过螺栓连接并固定。

外侧止浆板刷采用65Mn弹簧钢制作。65Mn弹簧钢材质具有一定的弹性，便于前述弯折处理弯折成一定角度，且65Mn弹簧钢材料既具有一定耐磨性，保证与围岩接触的耐磨损性能。

盾构的盾尾布设有同步注浆的管路，为了止浆板刷不影响同步注浆过程，本实用新型在注浆管的位置进行特殊设计和处理，如图8-图10所示。外侧止浆板刷22包括常规止浆板刷221和过浆止浆板刷222，单块过浆止浆板刷222的宽度大于常规止浆板刷221，过浆止浆板刷222布置在同步注浆管6位置，同步注浆管6在过浆止浆板刷222处做延长处理，过浆止浆板刷222在对应同步注浆管6位置开设至少一个与同步注浆管孔径相同的注浆管通道223，注浆管通道223用于穿设延长的同步注浆管6。

具体的，注浆管通道223开设有两个。考虑注浆管路位置的两个注浆管通道223的宽度，不同盾构的盾尾在注浆管路位置需要现场测量尺寸，单独设计。如图10所示，本实用新型中两个注浆管通道223被两块板刷搭接后总长度恰好是365mm，满足施工要求，因此设计单块过浆止浆板刷整体宽度365mm，由两块特殊的200mm宽止浆板刷和正常的两块100mm宽止浆板刷重叠搭接而成，两块特殊的200mm宽止浆板刷的连接侧边缘预留有注浆管通道223。单块止浆板刷按照注浆孔进行特殊处理，通过在指定位置设置两个与盾构原本的注浆孔径相同的通道，既保证了不影响同步注浆过程，又能够起到密封效果。

气囊设计：

气囊在整个盾尾呈一整环布置安装，而气囊固定在通道外壁，为了使得同步注浆过程和气囊的膨胀不冲突，二者相互不影响，延长同步注浆管并使其完全穿过气囊，相应在气囊上对应注浆管通道223预留有过浆孔31，如图11所示。过浆孔31位置、大小与注浆管通道223对应。气囊出厂前可对过浆孔31位置处进行封边和密封处理，以确保气囊的完整性和密封性。

较佳的，橡胶气囊结构较佳的采用三层丁腈橡胶夹两层尼龙布制成高压厚橡胶气囊，最大承压5bar。气囊未充气前受到内外止浆板刷的保护，当气囊充气膨胀后与管片和围岩紧贴，起到密封止浆的作用。

橡胶气囊结构3还具有面向掘进前方的充气面，在充气面上设置至少两组间隔不大于180^°的进气孔和排气孔。也可在气囊的左右两侧连接两个进/排气孔，两个孔都安装有空气压缩机并配备数显式气囊压力计，数显式气囊压力计可以随时记录气囊所受压力的变化，包括受到浆液的挤压力等等，以随时判断密封系统的止浆情况。

因为气囊是整环安装在止浆板刷外侧，需要受到止浆板刷保护，并在膨胀后还要具备一定的耐磨能力。在一些实施例中，本实用新型在气囊外侧设置气囊保护结构7，至少包围橡胶气囊结构的封堵面，并能够随气囊的充气膨胀而伸展。通过在气囊外侧设置保护结构，对气囊形成保护，防止施工过程中或围岩碎屑对气囊造成的意外破坏。

如图1、图12所示，在一些实施例中，气囊保护结构7为耐磨弹性钢丝网，耐磨弹性钢丝网首先包括外包耐磨弹性钢丝网，外包耐磨弹性钢丝网包覆在封堵面上，两端绕过封堵面的内侧区域和外侧区域连接固定于基座板4上；参见图13，气囊的封堵侧嵌满耐磨弹性钢丝网，充气膨胀后耐磨弹性钢丝网被拉长并作为保护层与管片和围岩直接接触，避免橡胶与围岩直接接触发生磨损，起到保护气囊的作用。

另外，耐磨弹性钢丝网还可进一步包括内嵌耐磨弹性钢丝网(图中未示出)，内嵌耐磨弹性钢丝网嵌入气囊表层或内部；如此将钢丝网嵌入橡胶一部分，钢丝网与橡胶形成一体，例如在橡胶成型时采用热处理方式把钢丝网一体嵌入气囊表面或内部，能与橡胶结合地更牢固，提高橡胶气囊本身的强度。

需要说明，外包耐磨弹性钢丝网与内嵌耐磨弹性钢丝网可以是相互独立的两组钢丝网，也可以是一组钢丝网，此时钢丝网为多层结构，里层嵌入橡胶，外层外包在气囊表面，当然钢丝网也可以是一层结构，钢丝网局部嵌入橡胶，局部外包在气囊表面，本实用新型对此不作具体限制。

容易理解，钢丝网在外包或内嵌时，做成折叠弯曲型结构，类似家用厨房钢丝球，如此在橡胶伸展时能够跟随一起伸展。

较佳的，如图12所示，钢丝网与一固定钢板71连接，固定钢板71最终通过螺栓固定在基座板4上。

需要说明，本实用新型的内外止浆板刷均由多组组成，多组板刷整体呈与盾尾1一致的环形，并连接固定至盾构的盾尾1。

下面同样地以实际某6m级直径的盾构盾尾止浆板刷的安装为例，对本实用新型的盾尾止浆系统的安装基本流程进行详细阐述。

基座板和止浆板刷的安装可以在地面或井下进行，考虑到井下操作不方便的问题，因为盾尾在地面成直立状态，安装较为方便,优选在地面进行，需要在盾构始发前将盾尾横铺地面，在地面进行基座板和止浆板刷的连接工作，而气囊的连接等则需要在井下，待整个盾构机安装完成后，在始发洞门进行安装。参见图14，整个止浆系统的安装过程如下：

(1)盾尾开槽的封堵及打螺栓孔(如果有开槽的话)；

若有盾尾开槽，将盾尾开槽的缺口位置补全，形成完整盾壳，以保证止浆板刷安装的完整性。同时在盾尾一周打设螺栓孔。

(2)基座板安装，采用螺栓将基座板安装至盾尾；

先安装四个同步注浆管位置的基座板，然后以各个注浆管位置的基座板为中心向两边分别延伸连接，直至铺满整环的盾尾，如果最后拼接位置间距不够一块，则考虑切割或补焊。

(3)安装钢丝板刷及其内外两侧保护板；

钢丝板刷并排设置，而内外两个保护板分别采用三层重叠搭接的方式，最后通过箍紧螺栓扣紧。

(4)安装外侧止浆板刷和固定钢板；

先安装四个同步注浆管位置的过浆止浆板刷，然后逐步搭接拼装普通100mm宽的常规止浆板刷直至铺满整环，最后注意拧紧螺栓。

(5)密封油脂充入；

待整个止浆板刷结构安装完成，盾构机整体吊装下井并拼装完成后，在钢丝板刷部分充入密封油脂；

(6)在井下先进行同步注浆管延长工作，通道与盾尾采用焊接的方式，并完全满焊保证质量。

(7)气囊安装，将整环气囊定位安装于内侧止浆板刷与外侧止浆板刷之间，与注浆管通道焊接连接，与固定钢板螺栓连接；

气囊安装完成后，视情况进行外包耐磨弹性钢丝网安装。

(8)空压机及仪表调试，检查气囊密闭性，检查密封板连接情况、张开度及弹性，安装完成。

参见图15，本实用新型根据盾尾止浆系统的施工方法包括：

S1：盾构向前掘进，掘进结束后进行管片拼装；

S2：设定气压，向气囊充气；

S3：检验气囊气压稳定性，若不稳定，检查气囊后重新充气，直至气囊气压稳定；

S4：待气囊气压稳定后，通过同步注浆管路进行注浆，或通过管片预留孔进行径向灌浆；

S5：同步注浆/管片孔灌浆后检查气压是否稳定，直至完成整环管片吹填/灌浆；通过气压的稳定判断注浆情况，如果气压最后稳定不降低，即注浆完成；

S6：气囊排气，盾构继续向前掘进，准备下一环管片的拼装和止浆施工。

参见图13、图16，在隧道内部左右两个位置配备两台空气压缩机以维持对气囊的充气和排气，气囊充气前，受到内外两侧止浆板刷的保护，此时气囊并未接触围岩，因此盾尾间隙的密封仅靠外侧止浆板刷提供；而当气囊充气后鼓起，此时气囊与围岩完全接触，形成高度密封效果。因此，充气后的气囊在既不影响同步注浆的前提下又保证了与围岩的接触密封。

漏浆检验：

推荐三种漏浆检验方式。第一是查看渣土车的岩渣中是否含浆液，这种方法是简单但可靠性较差的方法，因为一旦在岩渣中检查到浆液说明漏出浆液量已大到流到土舱了；第二是记录每次的注浆量，这种方法也很简便，但不够直观；第三种方法是直接在盾尾(止浆板刷往里一点)凿开几个孔径1～2cm的洞，然后用球阀封住洞口，用木棍或能区分浆液颜色的细管插入即可直接检验是否漏浆。

止浆板刷的更换：

本实用新型止浆板刷的更换过程即在确保全断面岩石地层且围岩稳定的情况下，拆除盾尾1～2环的管片，漏出止浆板刷后便可直接进行更换。如果仅仅是内侧钢丝板刷或外侧止浆板刷的更换，直接拆解螺栓即可；如果是基座板破损需要整体更换，则重新焊接即可。整个更换过程都不繁琐，均在可操作范围内。

止浆系统的应用效果评价：

本实用新型设计的止浆系统进行了现场实际的工程应用，某工程土压平衡盾构在始发前安装了止浆系统后至接收一共掘进了544.5m，至接收时发现：

(1)密封板的磨损情况

TBM接收时两侧、顶部及底部无任何破损和脱落情况，说明止浆板抵挡住了544.5m距离的围岩磨损和破坏。

(2)止浆板凹侧(即堵浆液的一侧)能明显看到浆液结实后的残留，底部残留最明显，这说明止浆板起到了明显的堵浆、止浆作用，才导致浆液大面积的残留。

(3)盾构掘进544.5m全程盾尾刷及盾尾油脂没有更换过，这说明内侧止浆板起到了明显的保护作用，抵挡住了盾尾油脂的流失，也保护了盾尾刷不受损害。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构在全断面硬岩地层掘进的盾尾止浆系统，其特征在于，包括：

耐磨止浆板刷结构，整体呈与盾尾一致的环形，并连接固定至盾尾，包括内侧止浆板刷和外侧止浆板刷，所述内侧止浆板刷通过第一连接机构连接固定在盾尾的第一部位，外侧止浆板刷通过第二连接机构连接固定在盾尾的第二部位，第一部位与第二部位不同，且内侧止浆板刷和外侧止浆板刷朝向掘进后方开口，内侧止浆板刷抵接管片，外侧止浆板刷抵接围岩；

橡胶气囊结构，整体呈与盾尾一致的环形，并布置在所述内侧止浆板刷与外侧止浆板刷之间，所述橡胶气囊结构具有面向掘进后方的封堵面，并且在充气膨胀状态下，所述封堵面的内侧区域与管片紧密接触，外侧区域与围岩紧密接触。

2.根据权利要求1所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述盾尾边缘临时开设螺栓孔，耐磨止浆板刷结构通过基座板连接固定至盾尾，所述基座板具有朝向掘进前方的连接段，连接段上开设有第一螺栓孔，连接段通过固定螺栓穿过第一螺栓孔连接固定至盾尾。

3.根据权利要求2所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述连接段上还开设有第二螺栓孔，并且所述第一部位为所述连接段上相对靠近盾尾的位置，所述第一连接机构为箍紧螺栓，内侧止浆板刷通过箍紧螺栓穿过第二螺栓孔连接固定至连接段。

4.根据权利要求3所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述基座板具有朝向掘进后方的延伸段，延伸段上开设有第三螺栓孔，所述第二部位为所述延伸段上相对远离盾尾的位置，所述第二连接机构为连接螺栓，外侧止浆板刷通过连接螺栓穿过第三螺栓孔连接固定至延伸段。

5.根据权利要求3所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述内侧止浆板刷有多组，呈与盾尾一致的环形布置，由钢丝板刷、内侧保护板和外侧保护板组成，钢丝板刷、内侧保护板和外侧保护板上均对应开设有箍紧螺栓孔。

6.根据权利要求4所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述外侧止浆板刷有多组，呈与盾尾一致的环形布置，其一端开设有双排螺栓孔，与所述延伸段采用双排螺栓连接，另一端作向内弯折处理，并在弯折处作倒圆角。

7.根据权利要求6所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述外侧止浆板刷采用65Mn弹簧钢制作。

8.根据权利要求1所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述外侧止浆板刷包括常规止浆板刷和过浆止浆板刷，所述过浆止浆板刷布置在同步注浆管位置，单块过浆止浆板刷的宽度大于常规止浆板刷，并且在对应同步注浆管位置开设至少一个与同步注浆管孔径相同的注浆管通道，所述注浆管通道用于穿设延长的同步注浆管。

9.根据权利要求2所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

该盾尾止浆系统还包括气囊保护结构，所述气囊保护结构包括外包耐磨弹性钢丝网，外包耐磨弹性钢丝网包覆在所述封堵面，绕过所述封堵面的内侧区域和外侧区域连接固定于所述基座板上。

10.根据权利要求9所述的盾尾止浆系统，其特征在于：

所述气囊保护结构还包括内嵌耐磨弹性钢丝网，内嵌耐磨弹性钢丝网嵌入气囊表层或内部。

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