延伸到冷冻机组20。冻结循环管路2可以采取其他布置形式，另外冻结循环管路2还可以布置在盾体1内部与内侧，冻结循环管路2延伸方式与前面类似。
[0043]如图1中所示的储藏槽19，其用于储藏冻结过程中所需的冷媒，当需要对土仓6、盾体1周向区域冻结时，冷媒由储藏槽19进入冻结循环管路2中，通过冻结循环管路2的回液管22排至空气中，当冻结区域成形后停止冷媒供给。
[0044]参见图1、图2、图3、图4和图5，一种具有冻结功能的土压平衡盾构机的换刀方法，包括以下步骤:
[0045]步骤一、土仓置换填充:盾构机停止工作，采用螺旋输送机15和与螺旋输送机15同步工作的预留口 4对土仓6进行土仓6置换填充，螺旋输送机15安装在隔板16下部，预留口 4安装在隔板16上部；土仓6置换填充时，通过螺旋输送机15将土仓6内的所有泥土由下至上从土仓6内排出，与此同时，通过预留口 4由上至下同步对泥土排出后的土仓6内部空腔进行填充，直至将土仓6内的所有泥土全部替换为均匀混合了无机盐的膨润土 ；土仓6置换填充过程中，对土仓6内部压力进行实时监测，并将土仓6内压力控制在1.5bar?3.0bar 之间；
[0046]步骤二、盾体周围土体冻结:步骤一中土仓6置换填充结束后，采用冻结循环管路2对刀盘7和盾体1的盾体周围土体10进行冻结，在盾体周围土体10冻结过程中，往刀盘7和盾体1周围区域的冻结循环管路2中注入冷媒，主驱动单元14处加热管路12中注入导热液，以防止主驱动单元14在盾体周围土体10冻结过程中温度过低而造成损伤；在冻结过程中需要对土仓6内的压力和盾体周围土体10温度进行实时监测，并将土仓6内部压力控制在1.5bar?3.0bar之间，盾体周围土体10温度控制在_5°C以下；
[0047]步骤三、开凿与同步换刀:待步骤二盾体周围土体10冻结完毕后，在常压下对土仓6进行开仓，此时冻结循环管路2继续工作，保证盾体周围土体10的温度控制在_5°C以下；采用开凿工具对所需换刀位置的冻结体进行人工开凿与清理，待开凿空间达到刀具8更换要求时，停止开凿并对该处刀具8进行更换；当一处刀具8更换结束后，再对下一个换刀位置进行开凿、清理及换刀，直至所有需更换刀具全部更换完成；
[0048]步骤四、解冻及恢复工作:待步骤三完成后，通过预留口 4往土仓6内填充膨润土，直至土仓6内充满膨润土，并控制土仓6内压力和盾构机停机位置水土压力基本保持一致；土仓6填充完成后，通过往冻结循环管路2内注入导热液的方式对盾体周围土体10进行解冻；待解冻结束后，恢复盾构机的正常工作。
[0049]具体地，步骤三所述对土仓6进行常压开仓之前，对盾体周围土体10的冻结状况进行检查，使用钢钎通过隔板上方预留孔洞对盾体周围土体10的冻结体打孔，观察孔洞内有无浆液喷涌现象，若无喷涌现象且掌子面情况稳定，则盾体周围土体10冻结成型；此时在常压下进行开仓，随后进行土仓6的开凿和同步换刀作业。
[0050]具体地，步骤四所述对盾体周围土体10进行解冻之前，先对预留口 4进行加热与清理，待清理结束后，利用预留口 4对开凿过的区域进行膨润土填充；通过往步骤二冻结循环管路2中注入导热液对盾体周围土体10进行解冻，整个过程中对土仓6内的压力进行实时监控，保证压力稳定且控制在1.5bar?3.0bar之间。
[0051]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0052]1、施工方法和换刀步骤简单方便，实现方便；
[0053]2、整个换刀过程中处于常压状态，安全系数高，换刀效率高且实施成本低，能够在不影响工期的情况下快速、有效的完成换刀。
[0054]3、设计合理，实际换刀过程主要包括土仓置换填充、盾体周围土体冻结、开凿与同步换刀和解冻及恢复工作四个步骤。在盾体周围土体冻结过程之前，通过将土仓内的泥土置换成与无机盐均匀混合的膨润土的方式，防止土仓在盾体周围土体冻结过程中冻结，降低了土仓开凿的难度。
[0055]4、实用价值高且适用面广，能够有效解决土压平衡盾构机位于地质松散、掌子面自稳能力差的位置时换刀难度大、风险高的实际问题，且本发明换刀时无任何前提条件，能够适用于任何地质情况。
[0056]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有冻结功能的土压平衡盾构机，包括螺旋输送机(15)、刀盘(7)、刀盘支撑臂(11)、人舱(5)、土仓(6)、盾体(1)、主驱动单元(14)、中心回转接头(17)、隔板(16)和预留口(4)，其特征在于:在所述的刀盘(7)和盾体(1)上布置于有冻结循环管路(2);包括有对所述的主驱动单元(14)加热的加热管路(12);还包括冷冻机组(20)、储藏槽(19)和加热装置(18)，所述的冻结循环管路(2)通过进液管(21)、回液管(22)与所述的冷冻机组(20)、储藏槽(19)和加热装置(18)相连，所述的加热管路(12)通过进液管(21)、回液管(22)与所述的加热装置(18)相连。2.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机，其特征在于:所述的刀盘(7)的背面设有第一盖板(9)，所述的冻结循环管路(2)以间断圆环形式布置于所述的第一盖板(9)与所述的刀盘(7)之间。3.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机，其特征在于:所述的盾体(1)周向安装有圆环盖板(3)，所述的冻结循环管路(2)布置于所述的圆环盖板(3)与所述的盾体⑴之间。4.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机，其特征在于:所述的冻结循环管路(2)以螺旋线形式固定于所述的盾体外侧、或内侧。5.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机，其特征在于:所述的冻结循环管路(2)布置于所述的刀盘(7)内部。6.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机，其特征在于:所述的加热管路(12)布置于所述的隔板(16)靠后配套系统一侧，所述的加热管路(12)上方装有第二盖板(13) ο7.一种具有冻结功能的土压平衡盾构机的换刀方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、土仓置换填充:盾构机停止工作，采用螺旋输送机(15)和与螺旋输送机同步工作的加泥系统对土仓(6)进行土仓置换填充，所述螺旋输送机(15)安装在隔板(16)下部，所述预留口(4)安装在隔板(16)上部；土仓置换填充时，通过螺旋输送机(15)将土仓(6)内的所有泥土由下至上从土仓(6)内排出，与此同时，通过加泥系统由上至下同步对泥土排出后的土仓(6)内部空腔进行填充，直至将土仓(6)内的所有泥土全部替换为均勾混合了无机盐的膨润土；土仓置换填充过程中，对土仓￠)内部压力进行实时监测，并将土仓(6)内压力控制在1.5bar?3.0bar之间； 步骤二、盾体周围土体冻结:步骤一中土仓置换填充结束后，采用冻结循环管路(2)对刀盘(7)和盾体(1)的周围土体(10)进行冻结，在盾体周围土体冻结过程中，往刀盘(7)和盾体⑴周围区域的冻结循环管路⑵中注入冷媒，中心回转接头(17)处加热管路(12)中注入导热液，以防止回转轴承在盾体周围土体(10)冻结过程中因温度过低而造成损伤；在冻结过程中需要对土仓￠)内的压力和盾体周围土体(10)温度进行实时监测，并将土仓(6)内部压力控制在1.5bar?3.0bar之间，盾体周围土体(10)温度控制在_5°C以下； 步骤三、开凿与同步换刀:待步骤二盾体周围土体(10)冻结完毕后，在常压下对土仓(6)进行开仓，此时冻结循环管路(2)继续工作，保证盾体周围土体(10)的温度控制在-5°C以下；采用开凿工具对所需换刀位置的冻结体进行人工开凿与清理，待开凿空间达到刀具(8)更换要求时，停止开凿并对该处刀具进行更换；当一处刀具更换结束后，再对下一个换刀位置进行开凿、清理及换刀，直至所有需更换刀具全部更换完成； 步骤四、解冻及恢复工作:待步骤三完成后，通过预留口(4)往土仓内填充膨润土，直至土仓￠)内充满膨润土，并控制土仓￠)内压力和盾构机停机位置水土压力基本保持一致；土仓(6)填充完成后，往冻结循环管路(2)内注入导热液的方式对盾体周围土体(10)进行解冻；待解冻结束后，恢复盾构机的正常工作。8.根据权利要求8所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机的换刀方法，其特征在于:步骤三所述对土仓(6)进行常压开仓之前，对盾体周围土体(10)的冻结状况进行检查，使用钢钎通过隔板上方预留孔洞对盾体周围土体(10)的冻结体打孔，观察孔洞内有无浆液喷涌现象，若无喷涌现象且掌子面情况稳定，则盾体周围土体(10)冻结成型；此时在常压下进行开仓，随后进行土仓出)的开凿和同步换刀作业。9.根据权利要求1所述的具有冻结功能的土压平衡盾构机的换刀方法，其特征在于:步骤四所述对盾体周围土体(10)进行解冻之前，先对预留口(4)进行加热与清理，待清理结束后，利用预留口(4)对开凿过的区域进行膨润土填充；通过往步骤二所述的冻结循环管路(2)中注入导热液对盾体周围土体(10)进行解冻，整个过程中对土仓￠)内的压力进行实时监控，保证压力稳定且控制在1.5bar?3.0bar之间。
【专利摘要】本发明公开了一种具有冻结功能的土压平衡盾构机及其换刀方法，单独配置或在土压平衡盾构机后配套系统中增加冷冻机组、储藏槽、加热装置，在刀盘结构内部或侧面、盾体内部或侧面增设冻结循环管路及利用结构自身形成或加工的腔体，以此形成循环冻结系统，使得盾构机能对刀盘周围、土仓、盾体周围一定区域范围内的液态、半液态及固态介质进行冻结处理；在隔板处安装加热管路，通过加热装置将高温导热液分别输入加热管路和冻结管路，用以保护主驱单元、中心回转接头和融解冻结区域。本发明能避免土压平衡盾构机在维护过程中存在的换刀风险大、耗时长、费用高等问题。
【IPC分类】E21D9/08, E21D9/00
【公开号】CN105298505
【申请号】CN201510786092
【发明人】代为, 程永亮, 夏毅敏, 王洋, 杨端
【申请人】中国铁建重工集团有限公司, 中南大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月16日