盾构压气条件下饱和开舱作业设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种盾构压气条件下饱和开舱作业设备，它包括设置在地面上的供作业人员日常生活的至少一个生活舱、可在地面上和隧道内移动并与盾构机上的人闸舱通过液压锁紧装置可脱离地连接的至少一个穿梭舱，穿梭舱与生活舱通过液压锁紧装置可脱离地连接。通过采用上述技术方案，本实用新型盾构压气条件下饱和开舱作业设备，最高承压可达到20bar，每班次作业无需减压，消除了现有技术中压缩空气进舱作业方法中减压带来的效率低的影响，极大提高了换刀效率，并且作业人员不用经过多次减压，大大减轻了对工作人员的人身伤害。
【专利说明】盾构压气条件下饱和开舱作业设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种盾构压气条件下饱和开舱作业设备，属于盾构隧道领域。
【背景技术】
[0002]盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
[0003]盾构机主要可分为泥水平衡式盾构机和土压平衡式盾构机。泥水平衡式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到地面泥水处理设备，经分离后泥浆重复使用。
[0004]盾构机在盾构隧道施工中难免出现刀盘刀具损坏或遇到不明障碍物等情况，这时就必须进舱处理。进舱作业一般有三种方法:(I)对前方土体进行加固后在常压情况下进舱；(2)从地面向下做竖井到刀盘前方进舱；(3)加气压保持开挖面稳定状态下进舱又叫压缩空气进舱。
[0005]对于常压进舱作业方法，在地层自稳情况较好或通过加固地层保证地层稳定时，不需要盾构机通过加压平衡土压力，地层自身可以保持稳定，可采用常压进舱方式。
[0006]对于压缩空气进舱作业方法，土体自身不能保持稳定，需要盾构机向前方土体加压空气平衡前方土压力，作业人员从正常空气压力环境进入前方压缩空气环境称为压缩空气进舱。这种进舱方式作业人员首先进入盾构机上的人闸舱，再对人闸舱进行加压使其压力与盾构机切口压力相同，作业人员再通过人闸舱进入盾构机泥水舱进行刀具更换作业，作业完成后，作业人员再回到人闸舱，然后对人闸舱进行减压至常压。这种作业方式中，作业人员呼吸的是压缩空气，作业人员在舱内总时间很长，但真正工作的时间不多，因为在较大压力下进舱，减压是最耗费时间的，因此压缩空气进舱作业工作效率非常低。
[0007]目前，在泥水平衡式盾构机刀具更换中大部分采用空气带压更换刀具方式，即采用压缩空气进舱作业方法来进舱作业，这种方式存在效率低的弊端:
[0008]I)超过压缩空气开舱技术限于6.0bar的极限；
[0009]2)每班次压气作业均须执行加压和减压至常压的程序，每班次的有效工作的时间仅为20?25min，减压总时间大于180min，工作效率低下，极大的影响工程进度；
[0010]3)每天多次执行减压程序，减压病发病率较高，危害作业人员身体健康；
[0011]4)作业人员呼吸压缩空气，呼吸气体密度增加，呼吸阻力增大，工作能力下降；压缩空气中氮气的麻醉作用，导致作业人员风险意识和判断能力严重降低，容易出现人身伤害事故。
[0012]因此，如何延长作业人员在高压环境中的作业时间并减少减压占用的时间是解决换刀工作效率低的重要工作。
【发明内容】
[0013]为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种盾构压气条件下饱和开舱作业设备。
[0014]为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是:一种盾构压气条件下饱和开舱作业方法，包括以下步骤:地面上设置有供作业人员日常生活的至少一个生活舱以及可移动的至少一个穿梭舱，所述的盾构压气条件下饱和开舱作业方法包括以下步骤:
[0015]a.作业人员首先进入所述的生活舱，并对生活舱进行加压，使生活舱内的压力与盾构机切口压力相同；
[0016]b.当需要进舱作业时，将压力与生活舱内压力相同的所述的穿梭舱与生活舱相连接，作业人员从生活舱进入穿梭舱；
[0017]c.将穿梭舱与生活舱相脱离，通过运输车将载有作业人员的穿梭舱运送至隧道内，并将穿梭舱与盾构机上的压力与穿梭舱内压力相同的人闸舱相连接；
[0018]d.作业人员从穿梭舱进入人闸舱并通过人闸舱进入压力与人闸舱压力相同的泥水舱开始进行刀具检修工作；
[0019]e.每班刀具检修工作完成后，作业人员返回人闸舱再进入穿梭舱，并将穿梭舱与人闸舱相脱离并运送至地面与生活舱相连接，作业人员返回生活舱休息；
[0020]f.之后每次进舱作业时，重复步骤b至步骤e，至刀具检修工作全部完成，期间每隔15?20天对生活舱进行减压。
[0021]进一步地，步骤a中，使用混合气体对生活舱进行加压，混合气体包括氦气、氮气和氧气，氦气的体积含量为75%±5%，氮气的体积含量为20%±5%，氧气的体积含量为5% ±2%。
[0022]进一步地，步骤b中，使用混合气体对穿梭舱进行加压，混合气体包括氦气、氮气和氧气，氦气的体积含量为75%±5%，氮气的体积含量为20%±5%，氧气的体积含量为5% ±2%。
[0023]进一步地，步骤c和步骤d中，人闸舱和泥水舱内采用压缩空气加压。
[0024]进一步地，生活舱和穿梭舱均有多个，多个生活舱和穿梭舱交替工作，生活舱每15?20天减压一次。每次减压时间为2?5天。在减压期间，可采用另一套进舱作业设备进行作业。
[0025]一种用于上述的盾构压气条件下饱和开舱作业方法的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，它包括设置在地面上的供作业人员日常生活的至少一个生活舱、可在地面上和隧道内移动并与盾构机上的人闸舱通过液压锁紧装置可脱离地连接的至少一个穿梭舱，穿梭舱与生活舱通过液压锁紧装置可脱离地连接。
[0026]进一步地，穿梭舱上设置有固定的第一法兰、位于第一法兰的中间的可开关的穿梭舱门，液压锁紧装置设置在穿梭舱上，液压锁紧装置包括设置在第一法兰外围具有打开状态和闭合状态的环形锁紧件、驱动环形锁紧件锁定闭合的液压装置，生活舱上设置有固定的第二法兰、位于第二法兰的中间的可开关的生活舱门，第二法兰与环形锁紧件可脱离地连接，生活舱上设置有固定的第三法兰、位于第三法兰的中间的可开关的人闸舱门，第三法兰与环形锁紧件可脱离地连接，当环形锁紧件在打开状态时，第二法兰或第三法兰与环形锁紧件相脱离，当环形锁紧件在闭合状态时，第二法兰或第三法兰与环形锁紧件相连接，第一法兰、第二法兰、第三法兰与环形锁紧件之间均设置有密封装置。
[0027]进一步地，环形锁紧件上具有可开合的缺口，缺口的两端分别开设有第一锁槽和第二锁槽，穿梭舱上可移动地设置有一与第一锁槽和第二锁槽均可脱离地连接的锁杆，当环形锁紧件在闭合状态时，缺口闭合，锁杆与第一锁槽和第二锁槽分别相连接，当环形锁紧件在打开状态时，缺口处于打开状态，锁杆与第一锁槽和第二锁槽均相脱离。
[0028]进一步地，当环形锁紧件在闭合状态时，第一锁槽和第二锁槽相重合，当环形锁紧件在打开状态时，第一锁槽和第二锁槽相分离。
[0029]进一步地，液压装置具有至少两个工作状态，当液压装置在第一工作状态时，环形锁紧件处于打开状态，当液压装置在第二工作状态时，环形锁紧件处于闭合状态。
[0030]通过采用上述技术方案，本实用新型盾构压气条件下饱和开舱作业设备，最高承压可达到20bar，每班次作业无需减压，消除了现有技术中压缩空气进舱作业方法中减压带来的效率低的影响，极大提高了换刀效率，并且作业人员不用经过多次减压，大大减轻了对工作人员的人身伤害。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]附图1为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中生活舱的结构示意图；
[0032]附图2为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中生活舱的A-A向结构示意图；
[0033]附图3为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中生活舱的B-B向结构示意图；
[0034]附图4为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中生活舱的C-C向结构示意图；
[0035]附图5为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中穿梭舱的结构示意图；
[0036]附图6为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中盾构机的局部结构示意图；
[0037]附图7为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中的液压锁紧装置的结构示意图，其中环形锁紧件在打开工作状态；
[0038]附图8为本发明盾构压气条件下饱和开舱作业设备中的液压锁紧装置的结构示意图，其中环形锁紧件在闭合工作状态。
[0039]图中标号为:
[0040]1、生活舱；2、穿梭舱；3、人闸舱；4、盾构机；5、泥水舱；6、座位；7、第一法兰；8、生活舱门；9、环形锁紧件；10、第二法兰；11、穿梭舱门；12、液压锁紧装置；13、第一锁槽；14、第二锁槽；15、锁杆；16、液压缸；17、第三法兰；18、人闸舱门。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0042]本实施例中的盾构压气条件下饱和开舱作业方法，作业人员通过进舱作业设备完成进舱和出舱。
[0043]进舱作业设备包括设置在地面上的供作业人员日常生活的生活舱I以及可在地上和隧道内移动的穿梭舱2。
[0044]进舱步骤如下:
[0045]a.作业人员首先进入生活舱I，并对生活舱I进行加压，使生活舱I内的压力与盾构机4切口压力相同；
[0046]b.当需要进舱作业时，将压力与生活舱I内压力相同的穿梭舱2与生活舱I相连接，作业人员从生活舱I进入穿梭舱2 ；
[0047]c.将穿梭舱2与生活舱I相脱离，通过运输车将载有作业人员的穿梭舱2运送至隧道内，并将穿梭舱2与盾构机4上的压力与穿梭舱2内压力相同的人闸舱3相连接；
[0048]d.作业人员从穿梭舱2进入人闸舱3并通过人闸舱3进入压力与人闸舱3压力相同的泥水舱5开始进行刀具检修工作；
[0049]e.部分刀具检修工作完成后，作业人员返回人闸舱3再进入穿梭舱2，并将穿梭舱2与人闸舱3相脱离并运送至地面与生活舱I相连接，作业人员返回生活舱I休息；
[0050]f.之后每次进舱作业时，重复步骤b至步骤e，至刀具检修工作全部完成，对生活舱I进行减压，期间每隔15?20天对生活舱进行减压。
[0051]步骤a中，使用混合气体对生活舱I进行加压,混合气体包括氦气、氮气和氧气,氦气的体积含量为75%±5%，优选为75%,氮气的体积含量为20%±5%，优选为20%,氧气的体积含量为5%±2%，优选为5%。
[0052]步骤b中，使用混合气体对穿梭舱2进行加压,混合气体包括氦气、氮气和氧气,氦气的体积含量为75%±5%，优选为75%,氮气的体积含量为20%±5%，优选为20%,氧气的体积含量为5%±2%，优选为5%。
[0053]步骤c和步骤d中，人闸舱3和泥水舱5内采用压缩空气加压。
[0054]生活舱I和穿梭舱2均有多个，多个生活舱I和穿梭舱2交替工作，生活舱I每15?20天减压一次。
[0055]如附图1至附图8所示，本实施例还提供一种用于上述的盾构压气条件下饱和开舱作业方法的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，它包括设置在地面上的供作业人员日常生活的至少一个生活舱1、可在地面上和隧道内移动并与盾构机4上的人闸舱3通过液压锁紧装置可脱离地连接的至少一个穿梭舱2，穿梭舱2与生活舱I通过液压锁紧装置可脱离地连接。
[0056]穿梭舱2上设置有固定的第一法兰7、位于第一法兰7的中间的可开关的穿梭舱门8，液压锁紧装置12设置在穿梭舱2上，液压锁紧装置包括设置在第一法兰7外围具有打开状态和闭合状态的环形锁紧件9、驱动环形锁紧件9闭合的液压装置，生活舱I上设置有固定的第二法兰10、位于第二法兰10的中间的可开关的生活舱门11，第二法兰10与环形锁紧件9可脱离地连接，人闸舱3上设置有固定的第三法兰17、位于第三法兰17的中间的可开关的人闸舱门18，第三法兰17与环形锁紧件9可脱离地连接，当环形锁紧件9在打开状态时，第二法兰10或第三法兰17与环形锁紧件9相脱离，当环形锁紧件9在闭合状态时，第二法兰10或第三法兰17与环形锁紧件9相连接，第一法兰7、第二法兰10、第三法兰17与环形锁紧件9之间均设置有密封装置。
[0057]环形锁紧件9上具有可开合的缺口，缺口的两端分别开设有第一锁槽13和第二锁槽14，穿梭舱2上可移动地设置有一与第一锁槽13和第二锁槽14均可脱离地连接的锁杆15，当环形锁紧件9在闭合状态时，缺口闭合，锁杆15与第一锁槽13和第二锁槽14分别相连接，当环形锁紧件9在打开状态时，缺口处于打开状态，锁杆15与第一锁槽13和第二锁槽14均相脱离。
[0058]当环形锁紧件9在闭合状态时，第一锁槽13和第二锁槽14相重合，当环形锁紧件9在打开状态时，第一锁槽13和第二锁槽14相分离。
[0059]液压装置具有至少两个工作状态，当液压装置在第一工作状态时，环形锁紧件9处于打开状态，当液压装置在第二工作状态时，环形锁紧件9处于闭合状态。本实施例中的液压装置包括分别与环形锁紧件9相连接的两个液压缸16，两个液压缸16分别位于环形锁紧件9的缺口的两侧。通过液压缸16来推动环形锁紧件9的打开和闭合。
[0060]生活舱I与穿梭舱2相连接时，将第一法兰7与第二法兰10相对接，并使第二法兰10与环形锁紧件9相连接，通过液压装置推动环形锁紧件9闭合，锁杆15移动并与第一锁槽13和第二锁槽14相连接，将环形锁紧件9限定在闭合状态。反之，生活舱I与穿梭舱2相脱离时，锁杆15上移并与第一锁槽13和第二锁槽14相脱离，液压装置将环形锁紧件9打开，第二法兰10与第一法兰7和环形锁紧件9相脱离。
[0061]穿梭舱2与人闸舱3相连接或脱离时，与上述操作相同，其中第三法兰17相当于上述的第二法兰10。
[0062]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种盾构压气条件下饱和开舱作业设备，其特征在于:它包括设置在地面上的供作业人员日常生活的至少一个生活舱(I)、可在地面上和隧道内移动并与盾构机(4)上的人闸舱(3)通过液压锁紧装置可脱离地连接的至少一个穿梭舱(2)，所述的穿梭舱(2)与生活舱(I)通过所述液压锁紧装置可脱离地连接。
2.根据权利要求1所述的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，其特征在于:所述的穿梭舱(2)上设置有固定的第一法兰(7)、位于所述第一法兰(7)的中间的可开关的穿梭舱门(8)，所述的液压锁紧装置(12)设置在穿梭舱(2)上，所述的液压锁紧装置包括设置在所述第一法兰(7)外围具有打开状态和闭合状态的环形锁紧件(9)、驱动所述环形锁紧件(9)闭合的液压装置，所述的生活舱(I)上设置有固定的第二法兰(10)、位于所述第二法兰(10)的中间的可开关的生活舱门(11)，所述的第二法兰(10)与环形锁紧件(9)可脱离地连接，所述的人闸舱(3)上设置有固定的第三法兰(17)、位于所述第三法兰(17)的中间的可开关的人闸舱门(18)，所述的第三法兰(17)与环形锁紧件(9)可脱离地连接，当所述环形锁紧件(9)在打开状态时，所述的第二法兰(10)或第三法兰(17)与环形锁紧件(9)相脱离，当所述环形锁紧件(9)在闭合状态时，所述的第二法兰(10)或第三法兰(17)与环形锁紧件(9)相连接，所述的第一法兰(7)、第二法兰(10)、第三法兰(17)与环形锁紧件(9)之间均设置有密封装置。
3.根据权利要求2所述的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，其特征在于:所述的环形锁紧件(9)上具有可开合的缺口，所述的缺口的两端分别开设有第一锁槽(13)和第二锁槽(14)，所述的穿梭舱(2)上可移动地设置有一与第一锁槽(13)和第二锁槽(14)均可脱离地连接的锁杆(15)，当所述的环形锁紧件(9)在闭合状态时，所述的缺口闭合，所述的锁杆(15)与第一锁槽(13)和第二锁槽(14)分别相连接，当所述的环形锁紧件(9)在打开状态时，所述的缺口处于打开状态，所述的锁杆(15)与第一锁槽(13)和第二锁槽(14)均相脱离。
4.根据权利要求3所述的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，其特征在于:当所述环形锁紧件(9)在闭合状态时，所述的第一锁槽(13)和第二锁槽(14)相重合，当所述环形锁紧件(9)在打开状态时，所述的第一锁槽(13)和第二锁槽(14)相分离。
5.根据权利要求2所述的盾构压气条件下饱和开舱作业设备，其特征在于:所述的液压装置具有至少两个工作状态，当液压装置在第一工作状态时，所述的环形锁紧件(9)处于打开状态，当液压装置在第二工作状态时，所述的环形锁紧件(9)处于闭合状态。
【文档编号】E21D9/08GK203961982SQ201420055608
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】姚占虎, 张英明, 夏鹏举, 赵小鹏, 邵明月, 陈郁, 田毅 申请人:中交隧道工程局有限公司