一种具有多节球面铰接结构的盾构机的制作方法

本实用新型涉及盾构机技术领域，尤其是一种具有多节球面铰接结构的盾构机。

背景技术：

传统的盾构机在主动铰接环处，通常采用平面铰接环结构，这样的结构所带来的问题是：1)由于铰接油缸的伸缩运动，造成铰接密封圈沿平面铰接环表面做位移，因此铰接密封圈的被压缩量处于不均等状态，会出现过量压缩铰接密封圈致使其失效；2)采用平面环铰接形式，盾构机装备铰接处可摆动幅度较小，在要求盾构机进行小半径转弯时偏转范围小，甚至无法偏转，不利于施工线路设计。

中国专利CN207315384U公开了一种盾构机盾体铰接装置，并具体公开了采用球面环铰接以解决上述问题。但是，其所采用的结构对管片端面的施力的压力差较大，容易导致管片损坏，同时也会损坏管片上的密封件；而且此结构特别容易导致隐性裂纹的生成，而隐性裂纹一旦产生，对后续管片的更换更加麻烦；并且，当密封件失效后，其没有较好的保护措施，容易造成外部液体渗入盾构机内部，从而致使不必要的损失。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提出一种具有多节球面铰接结构的盾构机，不仅能够提高盾体摆动的幅度，而且可以有效的提升盾构机铰接处密封的可靠性并减小对管片的损坏。

本实用新型所采用的技术方案为：一种具有多节球面铰接结构的盾构机，包括前盾、中盾、尾盾以及铰接油缸，所述的前盾与中盾之间具有球面环转向结构；所述的中盾与尾盾之间具有球面环转向结构；所述的铰接油缸分别设置于前盾和中盾之间、中盾和尾盾之间；盾构机通过前盾、中盾、尾盾三者之间的两处球面环转向结构实现盾构机小半径转弯时的两段式转向调节，当盾构机转弯时，该盾构机作用于管片端面上的推力在管片周圈上的分布具有较小推力差。

进一步的说，本实用新型所述的前盾与中盾间的球面环的外侧与相邻的盾体之间以及中盾与尾盾间的球面环的外侧与相邻的盾体之间均设置有密封装置。

再进一步的说，本实用新型所述的密封装置包括密封圈，所述的密封圈密封处呈“人”字型，所述“人”字型下端开口紧贴球面环的外侧。

再进一步的说，本实用新型所述的球面环上还设置有凹槽，所述凹槽内设置有充气气囊，所述的充气气囊在密封圈失效时充气并堵塞球面环与相邻盾体之间的空隙。

本实用新型的有益效果是：

1、采用主动球面铰接，可以提高盾体摆动的幅度，有利于盾构机施工时进行小半径转弯，利于施工线路设计；

2、通过两段式转向调节，可以减小盾构机在小半径转弯时作用于管片端面周圈上分布的推力差，防止管片端面的周圈各个点因受力过度不均而使管片产生隐性裂纹；

3、采用气囊可以有效的提升盾构机铰接处密封可靠性，防止盾构机设备因密封失效造成的灾难性后果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中I处的放大图；

图3是现有技术中盾构机小半径转弯时的示意图；

图4是现有技术中盾构机小半径转弯时管片端面的受力分布示意图；

图5是本实用新型盾构机小半径转弯时的示意图；

图6是本实用新型盾构机小半径转弯时管片端面的受力分布示意图；

图中：1、前盾；2、中盾；3、尾盾；4、铰接油缸；5、铰接轴；6、密封圈；7、凹槽；8、充气气囊；9、空隙；10、管片；11、盾构机；12、铰接轴；13、球面环。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-2所示的一种具有多节球面铰接结构的盾构机，包括前盾1、中盾2、尾盾3以及铰接油缸4，所述的前盾1与中盾2之间具有球面环转向结构；所述的中盾2与尾盾3之间具有球面环转向结构；由于前盾与中盾、中盾与尾盾之间的球面环转向结构相同，因此图1中仅表示了前盾与中盾的球面环转向结构。

铰接油缸4分别设置于前盾和中盾之间、中盾和尾盾之间；铰接油缸的两端通过铰接轴12与盾体固定；铰接油缸4圆环形布置；通过控制不同铰接油缸的伸缩量，可以精确控制盾体的偏转方向，在盾构机盾体小半径转弯时，可实现盾体大范围的偏转。

如图2所示，前盾与中盾间的球面环13的外侧与相邻的盾体之间以及中盾与尾盾间的球面环13的外侧与相邻的盾体之间均设置有密封装置。密封装置包括密封圈6，密封圈密封处呈“人”字型，“人”字型下端开口紧贴球面环的外侧。密封圈6能够防止外界泥渣进入盾体内部，而密封处呈“人”字型不仅密封效果好；而且能防止相对转动，提高盾体的可靠性和耐用性。

如图2所示，球面环13上还设置有凹槽7，凹槽7内设置有充气气囊8，充气气囊8通过连接管与气泵相连，气泵设置于盾构机内部；在密封圈失效时，可以通过人工打开气泵为充气气囊充气，从而堵塞球面环13与相邻盾体之间的空隙9，防止外界泥渣、液体等渗入盾构机内部。

盾构机11通过前盾、中盾、尾盾三者之间的两处球面环转向结构实现盾构机小半径转弯时的两段式转向调节，当盾构机转弯时，该盾构机作用于管片端面上的推力在管片周圈上的分布具有较小推力差。

如图3-4所示，现有技术中，当盾构机11进行小半径转弯时，假设转弯角度为30°，盾构机11的转弯形态如图3所示，图3中的箭头方向为盾构机掘进方向；此时，盾构机作用于管片10端面的推力如图4所示；由图4可见，管片10端面周圈的受力分布情况为：管片端面最顶端的点受力最大，管片端面最低端的点受力最小，因此，管片端面周圈所受的力在盾构机的转弯方向上力差较大。而这种较大的力差容易使管片损坏；更严重的是容易使管片产生隐性的裂纹，因为隐性裂纹一旦产生，在施工前期并不能及时发现，而当完工后发现时，管片更换变得尤为麻烦。

如图5-6所示，本实施例中，当盾构机11进行同一角度的小半径转弯时，盾构机的转弯形态如图5所示，图5中的箭头方向为盾构机掘进方向；此时，盾构机作用于管片端面的推力如图6所示；由图6可见，虽然管片10端面周圈的受力分布情况仍然为：管片端面最顶端的点受力最大，管片端面最低端的点受力最小，但是相比图4中的受力，管片端面周圈所受的力在盾构机的转弯方向上力差明显较小。

以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。