一种盾构的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于隧道施工设备【技术领域】，具体是一种盾构机。解决了盾构机盾体与开挖隧壁之间摩擦力大的问题。一种盾构机，包括盾构机盾体、盾构机膨润土主管路、膨润土箱、膨润土搅拌电机、管道挤压泵和输送管路，其中输送管路有4条，输送管路与盾构机膨润土主管路连接，其特征在于：盾构机盾体的中盾上侧安设有膨润土注入管I，膨润土注入管I上安装有单向阀，盾构机盾体的尾盾安设有膨润土注入管II，膨润土注入管II上安装有球阀；所述的4条输送管路中有2条分别与膨润土注入管I和膨润土注入管II连接，输送管路上设有球阀。本实用新型可以减小盾体与开挖隧壁之间的摩擦力，从而很大程度减小盾构主推系统推力，加快盾构掘进速度。
【专利说明】一种盾构机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于隧道施工设备【技术领域】，具体是一种盾构机。
【背景技术】
[0002]目前，盾构施工已经发展成为城市施工的主流，盾构机在掘进土质密实度高的砂层时，盾构机盾体通过时与开挖隧壁之间产生很大的摩擦力，造成盾构机掘进推力增大，掘进速度缓慢，同时加大了撑靴对隧道衬砌管片的作用力，破坏管片，严重影响施工进度和施工安全、质量。
【发明内容】
[0003]本实用新型为了解决盾构机盾体与开挖隧壁之间摩擦力大的问题，特别提供一种盾构机。
[0004]本实用新型采取以下技术方案:一种盾构机，包括盾构机盾体、盾构机膨润土主管路、膨润土箱、膨润土搅拌电机、管道挤压泵和输送管路，其中输送管路有4条，输送管路与盾构机膨润土主管路连接，盾构机盾体的中盾上侧安设有膨润土注入管I，膨润土注入管I上安装有单向阀，盾构机盾体的尾盾安设有膨润土注入管II，膨润土注入管II上安装有球阀；所述的4条输送管路中有2条分别与膨润土注入管I和膨润土注入管II连接，输送管路上设有球阀。
[0005]所述的盾构机盾体的中盾上侧10点和2点位置对称设有圆孔I，膨润土注入管I与圆孔I连接；所述的盾构机盾体的尾盾9点、12点和3点位置分别设有圆孔II，膨润土注入管II与圆孔II连接。
[0006]所述的盾构机膨润土主管路上安设有流量计和压力传感器，流量计和压力传感器与PLC控制系统连接。
[0007]与现有技术相比，本实用新型可以减小盾体与开挖隧壁之间的摩擦力，从而很大程度减小盾构主推系统推力，加快盾构掘进速度，防止盾构机盾尾“抱死”，延长盾构机使用寿命，保证施工进度和施工安全、质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是流量计与压力传感器安装示意图；
[0009]图2是中盾壁后膨润土注入管接口位置示意图；
[0010]图3是盾尾壁后膨润土注入管接口位置示意图；
[0011]图4是膨润土注入系统管路示意图；
[0012]图5是图2中膨润土注入管I的局部放大图；
[0013]图中1-膨润土注入管I，2-膨润土注入管II，3-流量计，4-压力传感器，5-输送管路，6-盾构机膨润土主管路。【具体实施方式】
[0014]如图2、3、4所示，一种盾构机，包括盾构机盾体、盾构机膨润土主管路、膨润土箱、膨润土搅拌电机、管道挤压泵和输送管路5，其中输送管路5有4条，输送管路5与盾构机膨润土主管路6连接，盾构机盾体的中盾上侧安设有膨润土注入管II，膨润土注入管Il上安装有单向阀，盾构机盾体的尾盾安设有膨润土注入管112，膨润土注入管112上安装有球阀；所述的4条输送管路5中有2条分别与膨润土注入管Il和膨润土注入管112连接，输送管路5上设有球阀。
[0015]所述的盾构机盾体的中盾上侧10点和2点位置对称设有圆孔I，膨润土注入管Il与圆孔I连接；所述的盾构机盾体的尾盾9点、12点和3点位置分别设有圆孔II，膨润土注入管112与圆孔II连接。
[0016]如图1所示，所述的盾构机膨润土主管路上安设有流量计3和压力传感器4，流量计3和压力传感器4与PLC控制系统连接。
[0017]盾构机盾体厚度为40mm，材质为Q345A，在盾构机中盾上左右两侧各切割两个Φ50的圆孔，分别位于盾体的10点与2点位置，4路管路都安装单向阀，防止膨润土逆流；盾尾分别在9点、12点、3点位置切割3个Φ25的圆孔，在3条管路上分别安装球阀，根据情况选择性注入。
[0018]本实用新型可利用现有盾构机改造得到，具体改造步骤如下:
[0019]一.中盾管路改造流程
[0020]1、孔中心定位；中盾上面的四个孔如上图2所示。分别位于3?4号油缸(10点位置)与14?15号油缸(2点位置)之间。两条管路径向与两条油缸中心线轴对称，两条管路中心间距:25cm。轴向距中前盾连接端面90cm。
[0021]2、盾体钢板局部退火处理降低硬度改善切削加工性；将氧气乙炔火焰调至中性焰，在即将钻孔的位置加热，当钢板颜色变为灰红色时，持续加热约8分钟，保温缓慢冷却
至常温。
[0022]3、电钻打向心孔；用普通电钻预钻孔，采用比盾体材质高一等级的高速钢钻头钻孔直径为32mm。
[0023]4、割枪扩孔；以电钻孔为基准用高压氧气乙炔焰向周围切割扩孔，要求割为Φ50X40的圆锥向心通孔，锥度为1:50。
[0024]5、盾体管路焊接；将直径为50_膨润土接口管插入加工好的孔内，管口靠盾体外侧平面的一端保持相切，管轴向与盾体外切面垂直。采用手工电弧焊用J506或J507焊条焊接固定。
[0025]6、表面打磨；焊接完成，将盾体与接管表面焊渣打磨平整。
[0026]二.尾盾管路改造流程
[0027]1、孔中心定位；尾盾上面的三个孔如图3所示。分别位于三个铰接油缸端头处。孔位距铰接油缸端头30cm。
[0028]2、盾体钢板局部退火处理降低硬度改善切削加工性；将氧气乙炔火焰调至中性焰，在即将钻孔的位置加热，当钢板颜色变为灰红色时，持续加热约8分钟，保温缓慢冷却
至常温。
[0029]3、电钻打向心孔；用普通电钻钻向心孔，采用比盾体材质高一等级的高速钢钻头钻孔直径为30mm。
[0030]4、盾体管路焊接；将直径为25_膨润土接口管插入加工好的孔内，管口靠盾体外侧平面的一端保持相切，管轴向与盾体外切面垂直。采用手工电弧焊用J506或J507焊条焊接固定。
[0031]5、表面打磨；焊接完成，将盾体与接管表面焊渣打磨平整。
[0032]计算膨润土系统各支路流量
[0033]本膨润土注入泵采用胶管挤压泵(规格:功率llkW，流量2.83X1(T3/s，压力为2.5MPa，数量I台)。(1)(2)分别表示主管路分开的两路路支路管路。在各管路阀门开到最大值的情况下。主管路流量为Q主=2.83X10_3/s。(I) (2) (3)路及支路管径均为:5.0cm，
(4)路管径由5.0cm变为2.5cm。膨润土注入系统管路示意图如图4所示。
[0034]流量计算公式为:
[0035]由挤压泵到盾体管路分支处处于同一相近位置，且管径，管材质，管长也基本相同。
[0036]又因为D ⑴-D (2) —5.0crn0 Q ⑴:Q ⑵-D ⑴2:D(2)2—1:1
[0037]故:通过(I)路管、(2)路管的流量相同:
[0038]Q ⑴=Q ⑵=Q 主/2=1.41X1(T3/s
[0039]同理:管路(I)两条支路流量:
[0040]Q (i)a_Q (Db-Q (O /2—0.7X10 3 /s
[0041](3)、(4)两管分别接在中盾和尾盾，所处高度基本一致，(3)号管路的两条支路，D⑶=5.0cm, D⑷=5.0cm。所以 Q(3):Q ⑷=D (3)2:D(4)2=1:1
[0042]故:通过⑶、⑷管的流量为:Qο) =Q (4) =Q (2)/2=0.7X 10_3/s。
[0043]Q (3)a-Q (3)b—Q (3)/2—0.35 X 10 /s, Q ⑷厂卩⑷b_ Q ⑷c Q (4)/3-0.23X 10 /s
[0044]经计算得:膨润土流量可以满足渣土改良及中盾、尾盾同时注入的要求。
[0045]计算管路压力损失管道中的压力损失:
[0046]压力损失分沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失:Pf=UL/d) P V~2/2。局部压力损失Pj= Σ ζ pV~2/2
[0047]管道压力损失公式:
[0048]Pw=Pf+Pj=( λ L/d) P V~2/2+ Σ ζ P V~2/2=[ ( λ L/d) + Σ ζ ] P V~2/2
[0049]式中:λ--管道的沿程阻力系数；L-管道长度；d-管道内径；Σ-总和
号；ξ —一管道的局部阻力系数；P —一流体密度；V—一管道流速。
[0050]( I)主管路压力损失
[0051]管径D=5.0cm 时:λ 1= 0.021/D~0.3=0.051
[0052]D=2.5cm 时:λ 2=0.021/D~0.3=0.064
[0053]已知:膨润土配比按1:4计算。膨润土浆密度P =1.7X103kg/m3，从挤压泵到中盾距离L总=63.8m
[0054]主管路流速:V总=Q总/S总=2.83X 10-3 / (0.0252 π ) =1.44m/s
[0055]从膨润土泵到盾体段主管路沿程压力损失:
[0056]Pf= UL/d)pV~2/2 = {(0.051 X 63.8 + 0.05) X 1700 X 1.442}/2=0.16 MPa[0057]活接管ζ =0.4,流量计ζ =7。[0058]主管路局部压力损失:
[0059]Pj= Σ ζ pV~2/2= (0.4X7+7) X 1700X 1.442 ^-2=0.018Pa
[0060]总压力损失:Pw=Pf+Pi=0.16Mpa+0.018Mpa=0.18Mpa
[0061](2) I路管支路压力计算
[0062]已知:管长:L⑴=3m。管径:D⑴=5.0cm。
[0063]流速:Va)=Q (1)a + S ⑴=0.7Χ10-3+ (0.0252 π ) =0.35m/s
[0064]沿程压力损失:
[0065]Pf= (λ lL/d) P V~2/2={ (0.051X3 + 0.05) X 1700 X 0.352}+2=0.32 X KT3MPa
[0066]局部压力损失:
[0067]由经验公式得三通局部阻力系数ζ =0.56，截止阀(球形)ζ =6.4
[0068]Pj= Σ ζ P V~2/2= (0.56+6.4) X 1700Χ0.352 +2=1.5X KT3Pa
[0069]总压力损失:Pw=Pf+Pi=(0.32+1.5) X 10-3=1.82X KT3Mpa
[0070]I路的a、b两支路出口压力为:
[0071]P (1)a=P (1)b=2.5-0.1-0.18-1.82 X lCT3Mpa=2.2Mpa
[0072](3) 3路管支路压力损失
[0073]已知:管长:L(3)=3m。管径:D (3)=5.0cm。
[0074]流速:V(3)=Q ⑶+S (3)=0.351Χ10-3+ (0.0252 π ) =0.18m/s
[0075]沿程压力损失:
[0076]Pf= (λ lL/d) P V'2/2=( (0.051X3 + 0.05) X 1700X0.182}+2=0.17X KT3Mpa
[0077]局部压力损失:
[0078]查表得:活接管ζ =0.4，单向阀ζ =70，三通ζ =0.56
[0079]Pi= Σ ζ P V'2/2= (0.56+0.4+70) X 1700X0.182 +2=2X KT3Mpa
[0080]总压力损失:Pw=Pf+Pi=(2+0.17) X 10^=2.17X IO^3Mpa
[0081]3 路的 a、b 两支路出口压力为:Ρ=2.5_ Pw=2.47Mpa
[0082](4)4路支路压力损失
[0083]已知:管长:L⑷=3m管径:D⑷=2.5cm。
[0084]流速:V⑷=Q ⑷+S ⑷=0.23Χ10-3+ (0.01752 π ) =0.24m/s
[0085]沿程压力损失:
[0086]Pf= (λ lL/d) P V~2/2={ (0.064X3 + 0.025) X 1700 X 0.242}+2=0.75 X KT3Mpa
[0087]局部压力损失:
[0088]查表得:活接管ζ =0.4，球形截止阀ζ =6.4，四通ζ =1.3
[0089]Pi= Σ ζ P V~2/2= (6.4+0.4+1.3) X 1700X0.242 +2=0.4X KT3Mpa
[0090]总压力损失:Pw=Pf+Pi= (0.75+0.4) X I0-3=1.2X KT3Mpa
[0091]4 路的 a、b、c 三支路出口压力为:Ρ=2.5_ Pw=2.48Mpa
[0092]经计算得:膨润土注入压力远大于土仓及掌子面压力及盾构机上部的覆土土压，完全满足中、尾 盾的外侧注入膨润土减小盾体摩擦的要求。
【权利要求】
1.一种盾构机，包括盾构机盾体、盾构机膨润土主管路、膨润土箱、膨润土搅拌电机、管道挤压泵和输送管路(5)，其中输送管路(5)有4条，输送管路(5)与盾构机膨润土主管路(6)连接，其特征在于:盾构机盾体的中盾上侧安设有膨润土注入管I (1)，膨润土注入管I(I)上安装有单向阀，盾构机盾体的尾盾安设有膨润土注入管II (2)，膨润土注入管II (2)上安装有球阀；所述的4条输送管路(5)中有2条分别与膨润土注入管I (I)和膨润土注入管II (2)连接。
2.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于:所述的盾构机盾体的中盾上侧10点和2点位置对称设有圆孔I，膨润土注入管I (I)与圆孔I连接；所述的盾构机盾体的尾盾9点、12点和3点位置分别设有圆孔II，膨润土注入管II (2)与圆孔II连接。
3.根据权利要求1或2所述的盾构机，其特征在于:所述的盾构机膨润土主管路上安设有流量计(3 )和压力传感器(4 )，流量计(3 )和压力传感器(4 )与PLC控制系统连接。
【文档编号】E21D9/06GK203476341SQ201320473368
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】安宏斌, 雷军, 刘广钧, 申智杰, 赵玮栋, 白云飞, 俎元凯, 张志强 申请人:中铁十二局集团第二工程有限公司, 中铁十二局集团有限公司