一种盾构机盾尾防反流密封气囊的制作方法

特别的，本实用新型涉及一种盾构机盾尾防反流密封气囊。

背景技术：

盾构机的盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过铰接油缸与中盾相连，并装有预紧式铰接密封。为减小土层与管片之间的空隙，从而减少注浆量及对地层的扰动，目前盾尾多是做成一圆筒形薄壳体，但又要能同时承受土压和纠偏、转弯时所产生的外力，盾位的长度须根据管片的宽度和形状及盾尾密封的结构来决定，同时在盾尾壳体上合理的布置了若干根盾尾油脂注入管和同步注浆管。为防止水、土及压注材料从盾尾进入盾构内，盾尾处皆设有盾尾密封装置，目前的盾尾密封一般采用效果较好的钢丝刷加钢片压板制成盾尾刷，钢丝刷中充满油脂，既有弹性又有塑性。但该结构在施工过程中油脂用量巨大，据测算，每掘进1千米，油脂的用量可达200万元以上，同时对油脂注入管也提出的较高的参数要求，要求油脂注入管具有很高的耐压性及密封性。

中国专利申请：申请号：201510445604.1公开了一种盾尾密封装置，其特征在于：包括密封机构，所述密封机构包括弹性密封囊和与所述弹性密封囊的一端固连设置的连接件； 所述连接件可拆卸地连接在盾构机的盾尾壳体的内壁上； 所述弹性密封囊上开设有流体充放嘴，所述弹性密封囊填充带压流体后，其工作面分别与所述盾尾壳体的内壁和管片相抵接。该技术方案利用密封囊的涨起实现盾尾的密封，既能降低油脂的使用量，又能有效防止水、土压注材料进入盾构内部，对盾尾的密封起到了积极地作用。但盾构机在前行工作过程中，密封囊始终与管片进行摩擦接触，因此对密封囊的耐磨性及密封性提出了很高的技术要求，密封囊耐磨性的提高意味着密封囊厚度及硬度相对增加，而上述指标的提升又对密封囊的密封性造成一定的困扰，在实际应用中，主要存在以下几个问题：1、气囊与连接件处的囊皮强度不够，当气囊反复承受高压膨胀时，该连接处的囊皮容易撕裂，造成连接及密封失败；2、在工作过程中，如果气囊发生漏气，更换气囊时需要对盾尾部位进行大面积拆除，然后将新的气囊套在盾尾上，进行重新安装，由此造成更换气囊的工作量剧增，且在地下环境中难以实现操作。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的技术问题，本实用新型提供一种能够确保气囊密封性、且容易更换的盾构机盾尾防反流密封气囊，并进而提供一种该气囊的制作方法。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案为： 盾构机盾尾防反流密封气囊，其包括一用于充气的密封内囊，所述的内囊呈环状，内囊上设有充气嘴，其特征在于：还包括外囊，所述的外囊呈环状，外囊的截面呈卧倒的U字型，在U字型开口处外囊的上下囊片分别向外延伸形成裙边，在上下囊片的裙边上均匀设有若干固定孔；所述的内囊位于外囊内部，充气嘴由外囊伸出，当外囊上下囊片的裙边贴合固定后，外囊随内囊同步涨缩。

进一步的，所述外囊上囊片的裙边上设有环装凹陷槽，所述的上囊片上的固定孔位于凹陷槽内，当上下囊片的裙边贴合后，上下囊片上的固定孔一一对应贯通。

进一步的，所述环装凹陷槽内设有环装压板，环装压板上设有与外囊裙边上固定孔对应的通孔。

进一步的，所述的外囊由橡胶胶片硫化而成，在外囊上下囊片内分别设有4层帘布层，其中内两层帘布布纹45度布置左右旋各一道，外两层帘布布纹60度布置左右旋各一道。

进一步的，外囊上下囊片内的帘布层延伸至裙边内，其中内两层的帘布在裙边边缘处向内翻折从而使裙边内形成6层帘布层。

进一步的，在外囊上囊片的表面设有耐磨橡胶层，耐磨橡胶层与上囊片硫化为一体。

进一步的，在外囊上囊片裙边的下表面设有向内凹陷的上台阶止口，在外囊下囊片裙边的上表面设有向外突出的下台阶止口，上下裙边贴合后，上台阶止口与下台阶止口吻合以限制上下囊片的裙边相互错动。

进一步的，一种上述盾构机盾尾防反流密封气囊的制作方法，其包括下列步骤：

1）按照传统方法硫化制作出内囊胶筒，然后在内囊上打孔，采用热粘方法安装充气嘴；

2）外囊的制作

2.1生胶片进行叠加，在每两层生胶片之间叠加帘布层，所述的帘布层采用尼龙线与橡胶进行预压延处理过，共叠加4层帘布层，其中下方的两层帘布层采用帘布布纹45度布置左右旋各一道，上方两层帘布布纹60度布置左右旋各一道；

2.2在叠加好的生胶片中放入模具，弯折生胶片使其形成卧倒U字型，然后送入平板硫化机中，在上层生胶片的表面敷设一层生胶片作为耐磨橡胶层，硫化机温度160-180℃、10MPa环境下硫化30分钟，形成外囊；

3）在外囊上下囊片的裙边处进行打孔；

4）将内囊送入外囊内部，然后在外囊上打出充气嘴伸孔，充气嘴由该孔伸出。

进一步的，在步骤2.1中，所述下方两层帘布层的宽度大于生胶片的宽度，两层帘布层的边缘由生胶片边缘伸出，当所有生胶片及耐磨生胶片叠加完毕后，伸出部分的帘布层向内翻折将其上方的生胶片及另两层帘布层的边缘包裹。

本实用新型的有益效果为：采用内囊与外囊的组合方式能够有效降低气囊的漏气概率，有效提高盾构机现场更换气囊的效率，同时外囊在裙边处增加帘布层既能防止外囊在反复膨胀的过程中发生裙边撕裂的问题，同时又能保证裙边处的橡胶层厚度，提高了外囊的使用寿命。

附图说明

附图1为该密封气囊的结构示意图。

附图2为外囊的截面结构图。

附图3为附图2中A处放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如附图1所示， 盾构机盾尾防反流密封气囊，其包括外囊1，该外囊1呈环状，结合附图2所示，外囊1的截面呈卧倒的U字型，在U字型开口处外囊的上囊片2及下囊片3分别向外延伸形成裙边4，在上下囊片的裙边上均匀设有若干固定孔5。

还包括位于外囊1内部的内囊（附图中未示出），内囊呈环状密封，内囊上设有充气嘴6，如附图1所示，充气嘴6由外囊伸出。结合附图2所示，当外囊上下囊片的裙边贴合固定后，外囊1随内囊同步涨缩。

该气囊安装时还包括位于裙边4上的环装压板（附图中未示出），环装压板上设有与上下囊片上固定孔一一对应的通孔，利用连接螺栓穿过压板上的通孔及外囊上下囊片裙边上的固定孔，将气囊固定在盾构机盾尾的外壳上。其中环装压板为多段，多段压板组合后形成环装。

为准确限制压板的位置，如附图1及附图2所示，在外囊上囊片的裙边上设有环装凹陷槽7，固定孔5位于凹陷槽7内。安装时，环装压板位于凹陷槽7内将外囊的上下囊片的裙边贴合压紧，外囊形成封闭状态，外囊随内囊的涨缩而同步涨缩。

在实际应用过程中，当外囊涨起的过程中，上下囊片的裙边处会随外囊的涨起受到向外囊囊体方向的牵拉力，该牵拉力不容忽视，多数外囊的损坏部位集中在裙边处，主要表现为裙边处发生撕裂。该问题经过申请人的反复研究发现，气囊在工作过程中，细小的砂浆混合液会进入到上下裙边之间形成润滑效果，上下裙边之间的摩擦力减小，上下裙边之间产生错动，当错动持续增强时，具有较大错动趋势的一侧裙边即会发生撕裂，造成外囊损坏。为防止上下裙边产生相互错动，如附图3所示，在外囊上囊片裙边的下表面设有向内凹陷的上台阶止口8，在外囊下囊片裙边的上表面设有向外突出的下台阶止口9，当采用压板将上下裙边压紧贴合后，上台阶止口8与下台阶止口9吻合从而限制上下囊片的裙边相互错动。通过采用上述技术方案后，外囊裙边处的撕裂率显著降低，由裙边平面接触时的涨起次数1.8万次升至3.2万次而裙边无撕裂现象发生。

另外为增加该气囊与管片之间的耐磨擦性能，如附图2所示，在外囊上囊片的表面敷设一层耐磨橡胶层10，耐磨橡胶层10与上囊片2硫化为一体。

该外囊主要采用橡胶材料硫化而成，为增加外囊囊片的强度，如附图2所示，外囊囊片的内部设有四层帘布层11，该帘布层11延伸至上下囊片的裙边处。

在本实施例中，对帘布层的设置做出了限定，其中内两层帘布布纹45度布置左右旋各一道，外两层帘布布纹60度布置左右旋各一道。采用角度不同的帘布层进行交错叠加设置，能够有效增强囊片的强度及抗牵拉特性。

如附图2所示，由于裙边4部位固定孔5的存在，造成裙边处的强度降低，为增加裙边处的强度及抗撕裂性能，在裙边4部位的橡胶内部设有6层帘布层。

下面对该气囊的制作方法做详细介绍。

该盾构机盾尾防反流密封气囊的制作方法，其包括下列步骤：

1）按照传统方法硫化制作出内囊胶筒，然后在内囊上打孔，采用热粘方法安装充气嘴。该制作方法在橡胶行业属于常规的制作方法，在此不做详细介绍。

2）外囊的制作

2.1生胶片进行叠加

先铺设一层生胶片，然后在其上面铺设一层帘布层，帘布层采用帘布与橡胶片预先压延而成，然后在帘布层上在铺设一层生胶片，继续在生胶片上铺设帘布层，上述两层帘布层采用帘布布纹45度布置左右各旋一道，然后在帘布层上在此铺设生胶片，生胶片上铺设帘布层，帘布层上铺设生胶片，生胶片上再次铺设一层帘布层，该两层帘布层帘布布纹采用60度布置左右各旋一道；

2.2将叠加好的生胶片及帘布层放入模具，弯折生胶片使其形成卧倒U字型，然后送入平板硫化机中，在上层帘布层的表面敷设一层生胶片作为耐磨橡胶层，硫化机温度160-180℃、10MPa环境下硫化30分钟，形成外囊；

3）在外囊上下囊片的裙边处进行打孔；

4）将内囊送入外囊内部，然后在外囊上打出充气嘴伸孔，充气嘴由该孔伸出。

按照上述方法制作的外囊，外囊的裙边部位的厚度及强度明显不能适应需要，当打孔固定后，在外囊的膨胀过程中很容易造成裙边部位的撕裂。

为增加裙边部位的抗撕拉强度，裙边部位的橡胶层内要求增加帘布层的层数。

本申请在最开始的制作时，在进行生胶片与帘布层的叠加步骤中，在裙边部位单独增加两层帘布层，但硫化后发现，裙边部位尤其是凹陷槽外侧部位的厚度明显变薄，横截面仅可见两层帘布层，而且造成凹陷槽形状的不规整。

经过反复试验后，申请人发现，当在裙边部位单独增加两层帘布层后，在进行硫化的过程中，最上面的两层帘布层处于活动状态，而硫化机上下硫化板之间的间距固定，当加压后，最上层的两层帘布层会向外侧滑动，该两层帘布层在向外侧滑动的过程中，将裙边部位的胶料及其内部的帘布层向内挤压，从而导致凹陷槽外侧部位厚度降低，严重影响了裙边部位的强度，导致裙边部位容易撕裂。

为解决上述技术问题，申请人经过多方试验，采取如下技术方案进行解决。

在进行生胶片与帘布层叠加时，使下方两层帘布层的宽度大于生胶片的宽度，两层帘布层的边缘由生胶片边缘伸出，当所有生胶片及耐磨生胶片叠加完毕后，如附图2所示，伸出部分的帘布层向内翻折将其上方的生胶片及另两层帘布层的边缘包裹，在裙边部位的橡胶层内形成6层帘布层，当加压硫化时，在下面两层帘布层的包裹下，即使胶料向内挤压移动，但可以保证裙边部位的厚度，使裙边部位保持足够的厚度，且厚度均匀平整，同时6层帘布层有效增加了裙边部位的强度，能够有效防止裙边部位发生撕裂。