一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置及方法与流程

本发明涉及盾构机领域，更具体的讲是一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置及方法。

背景技术：

盾尾钢丝刷是盾构机密封系统中的一个重要组成部分，在大直径泥水平衡盾构施工中，利用盾尾刷并注入一定量的填充物（盾尾油脂），可在盾构机和管片之间形成良好的密封体系，可有效防止地下水、泥浆及同步注浆的浆液等流入盾构机中，保障隧道掘进能够安全顺利地进行。但由于施工过程中不可避免的施工误差，导致盾尾刷受偏心管片过度挤压从而产生塑性变形以至于失去弹性，或者长距离掘进造成盾尾刷磨损严重，直接造成盾尾密封系统失效，导致同步注浆浆液等杂质流入盾构机，危及施工人员和施工设备的安全。因此，在盾尾刷失效后需要及时更换失效盾尾刷。

通过专利检索，发现以下相似专利：

①申请号为201210175808.4的一种盾构隧道洞内液氮冷冻更换尾刷的方法，该发明公开了一种液氮冷冻更换尾刷的方法，该方法在确定需更换的尾刷位置后，通过两次钻孔为冷冻操作提供条件，该方法操作起来费时费力，冷冻密封效率低下；

②申请号为201210068168.1的盾构机的盾尾密封装置，该发明在常规密封装置基础上增加了一道密封刷和密封板，但本发明是针对于正常掘进过程中的盾尾密封，如果出现盾尾渗漏，无法进行有效的应对；另一方面，本发明虽增加了密封板，但是密封板与管片之间存在密贴不好的问题，对于其抗渗效果有一定的影响；

③申请号为201220102998.2的盾构机用盾尾紧急密封装置及其安装结构，该专利存在两方面的问题：一方面该专利所使用的充气橡胶管长期赋存于盾尾油脂中，经过较长时间后，难免会出现橡胶管老化的问题，一旦老化则极有可能会影响到紧急密封时的气密性，影响到密封效果；另一方面该专利利用充气的橡胶管来进行紧急封堵，橡胶和管片之间存在贴合不密实、渗水等问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置，包括由外而内设置的盾尾壳体、盾尾刷和管片，所述盾尾壳体内设有砂浆管，所述该安全保护装置还包括至少一组液氮冻结装置，所述液氮冻结装置设置在相邻砂浆管之间的盾尾壳体内部，所述液氮冻结装置包括进液管、出液管和环向冻结管，进液管和出液管的一端分别连接有不锈钢软管和低温液氮阀门，所述进液管和出液管的另一端之间连接有环向冻结管。

上述低温液氮阀门和不锈钢软管设置在盾构机主机壳体与盾尾壳体之间。

上述盾尾壳体尾部设有弹性密封板，所述环向冻结管设置在盾尾壳体内部靠近弹性密封板的一侧。

上述进液管和出液管的延伸方向与盾构机的掘进方向相同，所述环向冻结管的延伸方向与盾构机的掘进方向垂直。

优化的，上述液氮冻结装置设有6组。

一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护方法：包括如下步骤：

1）盾构机停机，停止工作并检查盾尾渗漏点位；

2）进液管和出液管的不锈钢软管与液氮系统连接，通入液氮，并进行测温；

3）持续通入液氮冻结并进行温度监测检测渗漏点的渗漏情况；

4）待渗漏情况消除后，持续通入液氮维护冻结；

5）进行渗漏部位的盾尾刷拆除更换等的方案实施；

6）更换完成后拆除盾构机内的临时冻结系统；

7）冻结部位解冻；

8）盾构机恢复推进。

优化的，上述步骤2中液氮通入压力为0.05-0.15mpa，最终温度为：零下15-20℃。

优化的，上述步骤4中液氮通入压力为0.05-0.10mpa。

其工作原理是：在对失效盾尾刷进行更换时，通过中盾位置（盾构机主机壳体与盾尾壳体）处预留的进液管注入液氮，液氮由进液管进入盾尾环向冻结管，液氮通过环向冻结管在盾尾处与待冻结体（盾尾附近的地下水、土体及壁后同步注浆浆液等物质）进行热量交换，进而对其进行快速冷冻，形成有效的冻结密封体，避免盾尾刷更换过程中盾尾漏水、漏浆险情的出现，保证施工人员和盾构机设备的作业安全。

本发明的有益效果是：本发明避免了在管片上钻孔的风险和对管片结构造成的破坏影响，而是特在盾尾后增加一道环向液氮冻结管道，并与中盾位置预留的进液管、出液管形成液氮循环通道，通道内循环的液氮可对盾尾土体进行快速冷冻，防止泥水、浆液等杂质进入盾构机中，该装置操作简便，冷冻迅速，可有效保障盾尾刷更换过程中的人员和设备安全。

附图说明

图1为液氮冷却管路示意图；

图2为图1中a处放大图；

图3为冷却密封系统布置图

图中：1-盾尾壳体；2-盾尾刷；3-管片；4-砂浆管；5-进液管；6-出液管；7-环向冻结管，8-不锈钢软管，9-低温液氮阀门，10-弹性密封板，11-盾构机主机壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。

一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置，包括由外而内设置的盾尾壳体1、盾尾刷2和管片3，所述盾尾壳体1内设有砂浆管4，所述该安全保护装置还包括至少一组液氮冻结装置，所述液氮冻结装置设置在相邻砂浆管4之间的盾尾壳体1内部，所述液氮冻结装置包括进液管5、出液管6和环向冻结管7，进液管5和出液管6的一端分别连接有不锈钢软管8和低温液氮阀门9，所述低温液氮阀门8和不锈钢软管9设置在盾构机主机壳体11与盾尾壳体1之间，所述进液管5和出液管6的另一端之间连接有环向冻结管7。

所述盾尾壳体1尾部设有弹性密封板10，所述环向冻结管7设置在盾尾壳体内1部靠近弹性密封10板的一侧，所述进液管5和出液管6的延伸方向与盾构机的掘进方向相同，所述环向冻结管7的延伸方向与盾构机的掘进方向垂直。

实施例2

一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护方法：包括如下步骤：

1）盾构机停机，停止工作并检查盾尾渗漏点位；

2）进液管和出液管的不锈钢软管与液氮系统连接，通入液氮，液氮通入压力为0.1mpa，并进行测温；

3）持续以0.1mpa的压力通入液氮冻结并进行温度监测检测渗漏点的渗漏情况，最终温度-18℃；

4）待渗漏情况消除后，持续以0.08mpa的压力通入液氮维护冻结；

5）进行渗漏部位的盾尾刷拆除更换等的方案实施；

6）更换完成后拆除盾构机内的临时冻结系统；

7）冻结部位解冻；

8）盾构机恢复推进。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置，包括由外而内设置的盾尾壳体、盾尾刷和管片，盾尾壳体内设有砂浆管，还包括至少一组液氮冻结装置，液氮冻结装置设置在相邻砂浆管之间的盾尾壳体内部，液氮冻结装置包括进液管、出液管和环向冻结管，进液管和出液管的另一端之间连接有环向冻结管，本发明的有益效果是：本发明避免了在管片上钻孔的风险和对管片结构造成的破坏影响，环向液氮冻结管道设置在盾尾，并与中盾位置预留的进液管、出液管形成液氮循环通道，通道内循环的液氮可对盾尾土体进行快速冷冻，防止泥水、浆液等杂质进入盾构机中，该装置操作简便，冷冻迅速，可有效保障盾尾刷更换过程中的人员和设备安全。

技术研发人员：陈健;陈鹏;张哲;王承震;李海振
受保护的技术使用者：中铁十四局集团有限公司
技术研发日：2017.04.10
技术公布日：2017.07.28