专利名称：一种泥水平衡式环形盾构机的制作方法
技术领域：
本发明涉及隧道改造机构，特别是涉及一种泥水平衡式环形盾构机。
背景技术：
近年来，城市地铁及共同沟的建设不断发展，地下隧道的数量及规模也越来越大。 随着运营和使用时间的增长，已建隧道的性能和质量必然随之下降，最终将失去安全使用 性能。与此同时，随着地下空间开发的逐步扩大，城市地下空间将越发显得拥挤，为了满足 日益增长的城市交通需求，有可能要扩大地铁隧道直径，形成多层立体式交通体系。因此， 为了保证城市交通的正常运行以及人们的日常生活，必须变更线路修建新隧道或是对已经 失去使用性能的旧隧道进行改造。然而在城市地下空间即将趋于饱和的将来，一方面，变更 线路势必会导致地下空间更为拥挤，而加大开挖深度则必然导致施工难度和风险的提高； 另一方面，废弃隧道必然占用宝贵的地下空间，同时废弃隧道随时可能整体破坏失效，引起 周围土体的变形，近而影响邻近管线或是建筑物的安全，是一个极大的潜在风险隐患。因 此，最好的办法是对已有隧道进行改造，然而采用明挖法施工对周围环境影响较大且随着 隧道埋深的增加，明挖法的施工难度和风险也将随之增大，故采用非开挖形式是最为经济 和安全的。因此研发一种适用于对已有隧道进行改造的新型盾构是一项具有长远意义的课 题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种 泥水平衡式环形盾构机。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种泥水平衡式环形盾构机，其特 征在于，包括环形的壳体、泥水仓、泥浆泵、泥浆处理装置、两道环形密封装置、多个推进油 缸、承轴以及用于拆除旧管片和拼装新管片的管片拆装装置，所述的壳体的头端设有刀盘， 该刀盘上均勻设有多个滚刀、刮刀以及孔口，所述的泥水仓设于壳体内，并与孔口连接，所 述的泥浆泵与泥水仓以及泥浆处理装置连接，所述的两道环形密封装置按间距设于壳体与 旧管片之间，所述的多个推进油缸均勻设于壳体的四周，所述的承轴穿设于壳体内，所述的 管片拆装装置设于承轴上。本发明还包括从里侧至外侧三道钢丝盾尾密封刷，其中最外侧的密封刷为可拆卸 密封刷，三道钢丝盾尾密封刷之间充填有油脂。所述的环形密封装置包括丁晴橡胶垫、安装扣件、加压密封条以及密封垫千斤顶， 所述的丁晴橡胶垫固定于安装扣件上，该丁晴橡胶垫内设有气囊，所述的加压密封条设于 安装扣件上，所述的密封垫千斤顶与安装扣件的尾端传动连接。所述的管片拆装装置包括行走机构以及油压千斤顶，所述的行走机构设于承轴 上，所述的油压千斤顶设于行走机构上。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1.利用环形刀盘对盾构前方土体进行切削，可以根据要求开挖不同直径的隧道， 实现对已有隧道的改造；2.通过调整切口率、滚刀数量、刮刀和滚刀的布置以及膨润土泥浆的配比可以提 高本发明的适用土层范围；3.为防止刀盘切削时泥水和地下水侵入隧道以及保持开挖面泥水压力，采用两道 丁晴橡胶波纹管充气式密封垫，可以根据实际情况调整充气压力，通过压缩空气的扩张和 收缩保持开挖面的泥水压力及实现密封和止水功能；4.采用可伸缩臂长的新型管片拼装机，通过调整拼装机臂长实现旧管片拆卸和不 同直径的新管片的拼装，集管片拼装和拆卸于一体节约了盾构空间，方便了管片的运输。
图1为利用环形盾构机对已有隧道进行改造工法的总体概要图；图2为环形盾构机构造详图；图3为图1的A-A剖面图；图4为环形盾构机密封垫断面详细构造图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1-4所示，一种泥水平衡式环形盾构机，包括环形的壳体1、泥水仓3、泥浆泵 4、泥浆处理装置13、两道环形密封装置、多个推进油缸5、承轴20以及用于拆除旧管片11 和拼装新管片12的管片拆装装置9，所述的壳体1的头端设有刀盘2，该刀盘2上均勻设有 多个滚刀17、刮刀18以及孔口，所述的泥水仓3设于壳体内，并与孔口连接，所述的泥浆泵 4与泥水仓3以及泥浆处理装置13连接，所述的两道环形密封装置按间距设于壳体1与旧 管片11之间，所述的多个推进油缸5均勻设于壳体1的四周，所述的承轴穿20设于壳体1 内，所述的管片拆装装置设于承轴20上。本发明还包括从里侧至外侧三道钢丝盾尾密封刷8，其中最外侧的密封刷为可拆 卸密封刷，三道钢丝盾尾密封刷之间充填有油脂；所述的环形密封装置包括丁晴橡胶垫6、 安装扣件21、加压密封条23以及密封垫千斤顶7，所述的丁晴橡胶垫6固定于安装扣件21 上，该丁晴橡胶垫6内设有气囊23，所述的加压密封条23设于安装扣件21上，所述的密封 垫千斤顶7与安装扣件22的尾端传动连接；所述的管片拆装装置9包括行走机构以及油压 千斤顶10，所述的行走机构设于承轴20上，所述的油压千斤顶10设于行走机构上。具体实施流程为盾构推进一旧管片拆除一新管片拼装。其工作原理是利用 环形刀盘切削前方旧隧道外围土体；通过加压和保压系统，利用膨润土泥浆保持开挖面稳 定性；切削下来的土体通过刀盘上的孔口进入泥水仓，与输入的膨润土泥浆混合形成高密 度泥浆，再由泥浆泵输送至地面泥水处理池；盾构与旧管片间设置两道环形充气橡胶密封 垫止水并保持开挖面前方的泥水压力；盾尾设有三道钢丝盾尾刷，在三道盾尾刷之间填充 盾尾油脂，其中最后一道盾尾刷可以进行拆除更换；利用布置在泥浆泵前方的可伸缩臂长 的新型管片拼装机拆除旧管片和拼装新管片，新旧管片均由电瓶车从盾构推进方向的端头 井运输。
上述盾构机环形刀盘采用滚刀和刮刀相结合的方式对前方土体进行切削，刀盘尺 寸和布置应根据新隧道要求以及旧隧道周围地层情况进行设计。上述盾构机加压膨润土泥浆是利用配置好的膨润土和水的混合物，注入盾构前部 安装了隔板的密封舱中，利用加压和保压系统形成具有一定压力的泥水仓，从而保持开挖 面的稳定。上述盾构机切削下来的土体通过分布在刀盘上的孔口进入泥水仓中，并与输入的 膨润土泥浆混合后形成高密度泥浆，在保持泥水仓一定压力的条件下，由排渣泵输送到地 面泥浆处理池中。上述盾构机在盾构壳体前部和旧管片间设置了两道环形充气橡胶密封垫，该密封 垫有两个功能保持开挖面泥水压力以及密封止水。采用丁晴橡胶波纹管密封垫，利用密封 环千斤顶调整密封垫位置，使其与盾构推进同步。为了避免由于丁晴橡胶波纹管密封垫和 管片衬砌外周之间的滑动造成的损伤，特装备了固定用(更换时)和移动用(掘进时)两 排密封垫，通过压缩空气的扩张和收缩实现封闭和止水功能。上述盾构机盾尾设有三道钢丝盾尾刷，防止外部水、土以及注浆材料从盾尾与管 片的间隙流入隧道内。在三道盾尾刷之间填充盾尾油脂，其中最后一道可进行拆除更换，油 脂在盾构推进过程中将不断损耗，需要不断补充。上述盾构机在盾构前部设置有可伸缩臂长的管片拼装机，盾构推进一环后，拆掉 旧管片的螺栓，调整拼装机臂长至满足旧管片拆除要求，利用管片拼装机对衬砌管片进行 拆卸并利用拼装机的走行机构将管片吊运至电瓶车，由电瓶车沿盾构推进方向输送出隧 道，起重新隧道管片，利用拼装机的走行机构将新管片起重至安装位置，然后再调整拼装机 臂长至满足新隧道管片拼装要求，对新隧道管片进行拼装。实施例如图1、图2和图3所示，本发明的环形盾构机包括壳体1，壳体1前端为环形刀盘 2。环形刀盘2上同时设置滚刀17和刮刀18，滚刀17通过挤压和自身滚动，来破碎较硬块 石。遇到软土层，滚刀17失去作用，此时依靠刮刀18，依靠刀盘2轴承25的转动，切削软 土。实际盾构推进是两种刀的组合。如图1和图2所示，刀盘2后部为泥水仓3，泥水仓3与泥浆泵4连接。盾构机切 削下来的土体通过分布在刀盘2上的孔口进入泥水仓3中，并与输入的膨润土泥浆混合后 形成高密度泥浆，在保持泥水仓3—定压力的条件下，由泥浆泵16输送到地面，通过泥浆处 理系统13处理后，排放到泥浆处理池15中。如图1和图2所示，盾构壳体1四周布置着推进油缸5，且千斤顶伸出端头部安装 的撑靴19可以将推进力均勻地传递到新隧道管片12上，从而保证盾构的平衡推进。如图1和图4所示，为防止刀盘切削时泥水和地下水侵入隧道以及保持开挖面泥 水压力，采用两道丁晴橡胶波纹管充气式密封垫6，利用安装扣件21将丁晴橡胶垫22固定， 利用加压密封条23保持密封舱内的压力，根据实际情况调整充气压力，通过丁晴橡胶垫22 的气囊23内压缩空气的扩张和收缩保持开挖面的泥水压力及实现密封和止水功能，为减 小止水密封垫6与管片外周间的摩擦，延长止水密封垫6的使用寿命，通过盾前油脂泵(未 显示)在丁晴橡胶垫22外周定期注入润滑油脂。盾构推进时，通过调整密封垫千斤顶7的 行程，可使两道密封垫6与盾构同步前进，从而确保了盾构施工的安全。
如图2所示，管片拆装装置9通过走行机构在轴承20上来回移动，运输拆卸下来 的旧管片和用于拼装的新管片，通过油压千斤顶10调整臂长，拆除旧管片11时，调整油压 千斤顶10的行程至满足拆除旧管片要求，实行旧管片11拆卸并将旧管片运送至临时堆放 处，起重新管片，在轴承20上移动至拼装位置，调整油压千斤顶10的行程至满足新管片拼 装要求，实行新管片12的拼装。如图2所示，盾尾设有三道钢丝盾尾密封刷8，其中最后一道可以进行拆除更换。 在三道钢丝刷之间充填满盾尾油脂，从而实现封堵泥浆的目的。在盾构推进过程中，利用盾 尾油脂泵(未显示)可以不断地补充盾尾油脂而保证盾尾密封的可靠性。
权利要求
1.一种泥水平衡式环形盾构机，其特征在于，包括环形的壳体、泥水仓、泥浆泵、泥浆处 理装置、两道环形密封装置、多个推进油缸、承轴以及用于拆除旧管片和拼装新管片的管片 拆装装置，所述的壳体的头端设有刀盘，该刀盘上均勻设有多个滚刀、刮刀以及孔口，所述 的泥水仓设于壳体内，并与孔口连接，所述的泥浆泵与泥水仓以及泥浆处理装置连接，所述 的两道环形密封装置按间距设于壳体与旧管片之间，所述的多个推进油缸均勻设于壳体的 四周，所述的承轴穿设于壳体内，所述的管片拆装装置设于承轴上。
2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡式环形盾构机，其特征在于，还包括从里侧至 外侧三道钢丝盾尾密封刷，其中最外侧的密封刷为可拆卸密封刷，三道钢丝盾尾密封刷之 间充填有油脂。
3.根据权利要求1或2所述的一种泥水平衡式环形盾构机，其特征在于，所述的环形密 封装置包括丁晴橡胶垫、安装扣件、加压密封条以及密封垫千斤顶，所述的丁晴橡胶垫固定 于安装扣件上，该丁晴橡胶垫内设有气囊，所述的加压密封条设于安装扣件上，所述的密封 垫千斤顶与安装扣件的尾端传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种泥水平衡式环形盾构机，其特征在于，所述的管片拆装 装置包括行走机构以及油压千斤顶，所述的行走机构设于承轴上，所述的油压千斤顶设于 行走机构上。
全文摘要
本发明涉及一种泥水平衡式环形盾构机，包括环形的壳体、泥水仓、泥浆泵、泥浆处理装置、两道环形密封装置、多个推进油缸、承轴以及用于拆除旧管片和拼装新管片的管片拆装装置，所述的壳体的头端设有刀盘，该刀盘上均匀设有多个滚刀、刮刀以及孔口，所述的泥水仓设于壳体内，并与孔口连接，所述的泥浆泵与泥水仓以及泥浆处理装置连接，所述的两道环形密封装置按间距设于壳体与旧管片之间，所述的多个推进油缸均匀设于壳体的四周，所述的承轴穿设于壳体内，所述的管片拆装装置设于承轴上。本发明方便、高效，使用范围广。
文档编号E21D11/10GK102086767SQ200910200068
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者张子新, 胡欣雨, 黄昕 申请人:同济大学