一种盾构机及其盾尾机构的制作方法

本发明涉及盾构机盾尾密封技术领域，更具体地说，涉及一种盾尾机构。此外，本发明还涉及一种包括上述盾尾机构的盾构机。

背景技术：

目前盾构机均采用焊接或螺栓固连在盾尾内壁的盾尾刷，盾尾油脂，以及固接在盾尾末端面的止浆板进行盾尾密封的，其中，盾尾刷的钢刷与衬砌管片外壁紧密贴合，盾构机掘进时，推进油缸顶住衬砌完成的管片环将盾构机往前推进，此时盾尾刷与衬砌管片外壁做相对运动，待推进一定距离l后，重新拼装新管片环，之后盾构推进重复上述步骤。这就导致盾尾刷长时间被压在盾尾内壁与衬砌管片外壁之间做相对运动，盾尾刷发生磨损的概率较大，因此，为确保盾构施工安全可靠，施工人员需根据实际工况及结合经验对盾尾刷进行更换。

现有的盾尾刷更换工艺需要拆除1至2环管片，且最多只能更换前2道盾尾刷，此工艺不仅操作不便，而且耗时耗力，影响施工效率，增加施工成本。

综上所述，如何方便对盾尾刷进行更换，同时使得全部盾尾刷均可根据需求进行拆除，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种盾尾机构，其能够在不拆除衬砌管片的情况下实现盾尾刷全部更换作业，解决现有盾尾刷更换工艺操作不便的问题，同时解决了传统更换盾尾刷需拆卸衬砌管片、且至多只能更换前几道盾尾刷的问题，有效降低了工人劳动强度，提高盾构施工效率，节省了施工成本。本发明的另一目的是提供一种包括上述盾尾机构的盾构机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾尾机构，包括盾尾，还包括：

设于所述盾尾的内侧壁、沿所述盾尾的轴向延伸的滑轨；

与所述滑轨滑动配合、用于与位于盾尾内部的衬砌管片相抵的盾尾刷；

设于所述盾尾的内侧壁的脱壳装置，所述脱壳装置用于在所述盾尾以第一预设速度沿掘进方向推进时、以低于所述第一预设速度的第二预设速度沿掘进反方向将所述盾尾刷推出所述盾尾。

优选的，所述盾尾刷包括与所述滑轨滑动配合的底板、用于与衬砌管片相抵的钢丝刷、设有定位孔的搭接板，所述钢丝刷的前端的钢丝刷折弯段通过连接销轴压紧在所述底板的前端，所述搭接板设于所述底板的后端；当相邻两个所述盾尾刷连接时，前一所述盾尾刷的所述搭接板盖设在后一所述盾尾刷的所述钢丝刷折弯段上，后一所述盾尾刷的所述连接销轴伸入前一所述盾尾刷的所述定位孔中。

优选的，所述底板设有沿所述滑轨长度方向延伸的滑槽，所述底板的中部设有沿所述底板厚度贯穿的油脂槽，所述滑轨穿过所述滑槽、且位于所述油脂槽中，所述滑轨设有沿所述滑轨厚度贯穿的滑轨油脂孔。

优选的，所述搭接板朝向所述衬砌管片的一侧设置有耐磨层。

优选的，所述滑槽的截面呈t形。

优选的，所述盾尾的盾尾筒体设有止浆板，所述止浆板包括压板、端部折弯的钢板束，所述钢板束的折弯段设于所述压板和所述盾尾筒体之间。

优选的，所述脱壳装置包括设于所述盾尾的内侧壁的铰接座、端部与所述铰接座铰接的脱壳油缸、设于所述盾尾的内侧壁用于调整所述脱壳油缸位置的纠偏机构。

优选的，所述脱壳油缸远离所述铰接座的端部设有用于夹持所述盾尾刷的机械夹持器。

一种盾构机，包括上述任意一种盾尾机构。

本发明提供的盾尾机构包括盾尾、滑轨、盾尾刷、脱壳装置；其中，滑轨设于盾尾的内侧壁、且沿盾尾的轴向延伸；盾尾刷与滑轨滑动配合、用于与位于盾尾内部的衬砌管片相抵；脱壳装置设于盾尾的内侧壁，当盾尾以第一预设速度沿掘进方向推进时，脱壳装置用于以第二预设速度沿掘进反方向将盾尾刷推出盾尾，第二预设速度小于第一预设速度。

在盾构机推进过程中，位于盾尾内部的衬砌管片固定不动，盾尾相对于衬砌管片以第一预设速度向前移动，此时脱壳装置在盾尾的带动下同样以第一预设速度向前移动。同时，脱壳装置以第二预设速度向后推动盾尾刷，即盾尾刷以第三预设速度相对于衬砌管片向前移动，此处第三预设速度等于第一预设速度和第二预设速度的差值，保障盾尾与衬砌管片之前的密封效果。

由于在掘进方向上，盾尾移动的比盾尾刷快，同时盾尾刷与盾尾非通过焊接、螺栓等方式进行固定，而是通过滑轨与盾尾滑动配合，因此，在脱壳装置的作用下，盾尾刷被推出盾尾和衬砌管片的缝隙、并从盾尾外部脱落，实现衬砌管片的拆除过程。

本申请提供的盾尾机构利用脱壳装置将盾尾刷推出，无需对衬砌管片进行拆除，从而提高了拆除盾尾刷的便捷性，同时降低了工人的劳动强度。同时，拆除的盾尾刷的位置不受限制，因此可以对全部盾尾刷进行拆除。

本申请还提供了一种盾构机，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为盾构机的结构示意图；

图2为盾尾机构的局部示意图；

图3为图2中的b向示意图；

图4为盾尾的局部结构示意图；

图5为脱壳装置的结构示意图；

图6a为一种机械夹持器松开状态的结构示意图；

图6b为一种机械夹持器夹紧状态的结构示意图；

图6c为另一种机械夹持器松开状态的结构示意图；

图6d为另一种机械夹持器夹紧状态的结构示意图；

图7a为盾尾刷的侧视图；

图7b为盾尾刷的主视图；

图7c为盾尾刷的俯视图；

图8a为盾尾刷的底板的侧视图；

图8b为盾尾刷的底板的主视图；

图8c为盾尾刷的底板的俯视图；

图9为盾尾刷的三维示意图；

图10为整列盾尾刷与滑轨配合的结构示意图；

图11a为滑轨的俯视图；

图11b为图11a中的a-a向的剖视图；

图11c为滑轨的侧视图；

图12a为止浆板的剖视图；

图12b为止浆板的俯视图；

图13为止浆板周向安装位置示意图；

图14为更换盾尾刷的部分数据示意图；

图15为盾尾刷更换步骤示意图。

图1～15中的附图标记为：

1-盾尾，101-盾尾筒体，102-同步注浆管路，103-油脂管路，104-注浆口，105-注脂口，106-出脂孔，107-出浆孔；2-脱壳装置，201-脱壳油缸，202-铰接座，203-机械夹持器，2031-左钳，2032-右钳，2033-顶推板，204-纠偏机构；3-盾尾刷，301-底板，302-钢丝刷，303-搭接板，304-连接销轴，305-滑槽，306-油脂槽，307-夹持孔，308-定位孔；4-滑轨，401-滑轨油脂孔，402-滑轨背面，403-滑轨正面，404-油脂导向槽；5-止浆板，501-钢板束，502-压板，503-压紧螺栓，504-垫片；6-推进油缸；7-衬砌管片；盾尾油脂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种盾尾机构，包括盾尾1、滑轨4、盾尾刷3、脱壳装置2；其中，滑轨4设于盾尾1的内侧壁、且沿盾尾1的轴向延伸；盾尾刷3与滑轨4滑动配合、用于与位于盾尾1内部的衬砌管片7相抵；脱壳装置2设于盾尾1的内侧壁，脱壳装置2用于在盾尾1以第一预设速度沿掘进方向推进时、以第二预设速度沿掘进反方向将盾尾刷3推出盾尾1。此处，第二预设速度小于第一预设速度；掘进方向和掘进反方向为两个相反的方向。

具体的，盾构机的盾体成倒锥式筒体结构，分为前盾、中盾及盾尾1三部分，前/中盾内部安装有驱动盾构刀盘旋转的驱动装置、人舱、推进机构、泥浆循环系统等。

参考图4，盾尾1的侧壁的内部设置有若干道油脂管路103及若干注脂口105、出脂孔106，且每道出脂孔106对应的回路均可实现独立开闭控制。根据实际工况需求，盾尾1的侧壁的内部设计有若干道同步注浆管路102及注浆口104、出浆孔107。

盾尾1的推进过程主要依靠推进油缸6控制，推进油缸6的缸筒固定在盾尾1上，推进油缸6的活塞伸出推动盾尾1内部的衬砌管片7，盾构机受到推进油缸6的反作用力而朝向掘进方向整体移动。推进油缸6的推进速度即为第一预设速度。

参考图1至图3，盾尾刷3整体设置在盾构机的盾尾1内壁环上，盾尾刷3受压于衬砌管片7外壁与盾尾1内壁之间，通过不断地向每道盾尾刷3、盾尾1内壁及衬砌管片7外壁三者之间形成的油脂腔中注入油脂来实现盾构机盾尾1密封。

滑轨4沿盾尾1的轴向延伸至盾尾1的末端，参考图11，滑轨4的滑轨背面402通过焊接或其他方式固定在盾尾1的内壁上，滑轨4的滑轨正面403与盾尾刷3滑动配合。

脱壳装置2具有固定端和活动端，其固定端与盾尾1的内壁相连，其活动端与盾尾刷3接触。当脱壳装置2动作后，其活动端推动盾尾刷3沿滑轨4移动。脱壳装置2可以具体采用油缸、丝杠等直线驱动机构。

需要说明的是，为了保障盾尾刷3的密封效果，盾尾1通常设置有多个滑轨4，每个滑轨4上设置有多个盾尾刷3。更具体的，滑轨4沿盾尾1的周向按一定规律固定在尾盾的内壁上；盾尾刷3按一定间距分若干道布置在滑轨4上，被衬砌管片7覆盖的盾尾刷3与衬砌管片7外壁紧密贴合。最靠近脱壳装置2的盾尾刷3称为第一道盾尾刷3，第一道盾尾刷3与脱壳装置2连接。另外，脱壳装置2及盾构机工作时，均由相配套的液压系统、电气系统及其辅助设施配合作业。

参考图14至图15，盾构机利用推进油缸6与脱壳装置2两者伸出的速度差实现盾尾刷3的可靠更换，理论上推进油缸6与脱壳油缸201两者的速度关系满足下述公式：

式中：

v为脱壳装置2的伸出速度，即第二预设速度；

s为单片盾尾刷3的长度；

n为需更换盾尾刷3的道数，在沿滑轨4的长度方向上，一道盾尾刷3具体指一环盾尾刷3；

l为推进油缸的伸出/缩回距离，即推进油缸6撑靴端面至最前面一环衬砌管片7端面的距离；

f为富裕间隙；

v为推进油缸6的伸出速度，即第一预设速度；

h为单片衬砌管片7的宽度，h＝l-f，且h＞sn；

因此，通过控制上述公式的参数，使得第一预设速度v大于第二预设速度v，从而满足盾尾刷的更换要求。

在实际应用中，盾尾刷3的更换步骤如下：

第一步：推进油缸6回缩l至设定位置，脱壳装置2回缩一定距离，此处脱壳装置2回缩的距离略大于sn。

第二步：待脱壳装置2回缩至设定位置后，在已有的盾尾刷3和脱壳装置2之间安装n道盾尾刷3。而后盾构机衬砌管片拼装机开始拼装作业，将衬砌管片7拼装在对应位置上，并压住新安装好的n道盾尾刷3，此时，推进油缸6伸出距离f，顶住拼装好的衬砌管片7端面上，盾尾注脂系统运作，向新安装的前n道油脂腔中注入盾尾油脂8。

第三步：依照上述第一步和第二步对衬砌管片7进行逐个拼装，直至拼装好整环的衬砌管片7。一环衬砌管片7拼装完成后，所有油脂腔中均连续的注满盾尾油脂8，此时，所有推进油缸6以速度v向前推进盾构机，使得盾尾1和脱壳装置2的固定端以速度v同步向前移动；同时，所有脱壳装置2以速度v向后推动盾尾刷3。因此，盾尾刷3相对于衬砌管片7向盾构机掘进方向运动，且二者的相对速度为v-v。

第四步：当推进油缸6向前推进h/n距离时，最后一道盾尾刷3脱离盾尾1，此时盾尾油脂系统自动关闭向原来第一道油脂腔中注脂的管路，停止向原第一道油脂腔中注脂；当推进油缸6推进2h/n距离时，倒数第二道盾尾刷3开始脱离盾尾1，此时盾尾油脂系统自动关闭向原来第二道油脂腔中注脂的管路，停止向原第二道油脂腔中注脂，其余油脂腔注脂管路仍连续不断的注脂。

第五步：重复上述第一步至第四步，直至所有盾尾刷3更换完成。

本申请提供的盾尾机构结构简单、操作方便、运行可靠，其利用利用推进油缸6与脱壳装置2两者伸出的速度差实现盾尾刷3的更换，在更换过程中无需对衬砌管片7进行拆除，提高了盾尾刷3更换的便利性，有利于提高盾构施工效率，降低施工成本；同时可以根据需求对全部盾尾刷3进行更换，而不局限于现有技术中的前几道盾尾刷3，保障盾尾刷3的密封效果。

进一步的，参考图7至图10，本申请提供的一种实施例中，盾尾刷包括与滑轨滑动配合的底板、用于与衬砌管片相抵的钢丝刷、设有定位孔的搭接板，钢丝刷的前端的钢丝刷折弯段通过连接销轴压紧在底板的前端，搭接板设于底板的后端；当相邻两个盾尾刷连接时，前一盾尾刷的搭接板盖设在后一盾尾刷的钢丝刷折弯段上，后一盾尾刷的连接销轴伸入前一盾尾刷的定位孔中。

具体的，前端和后端指底板301相对的两端，前后以盾尾1掘进方向为基准，即底板301的前端距离脱壳装置2较近、后端距离脱壳装置2较远。

搭接板303呈l形，以图9所示的视角为例，搭接板303具有水平板和竖直板，水平板设置定位孔308，竖直板焊接在底板301上。可选的，搭接板303朝向衬砌管片7的一侧设置有耐磨层，从而对盾尾刷3的前端进行保护。

在实际装配时，每道盾尾刷3之间通过搭接板303和连接销轴304连接，当前后两个盾尾刷3相连时，前一个搭接板303的水平板与后一个钢丝刷折弯段相贴合，连接销轴304与定位孔308插接配合。当同一个滑轨4上的盾尾刷3受到脱壳装置2的推动后，最后一个盾尾刷3首先被推出盾尾1的外部，该盾尾刷3失去盾尾1的支撑、同时受到衬砌管片7的作用力而被弹开，连接销轴304与定位孔308脱离，最后一个盾尾刷3从盾尾1上脱落。

可选的，本申请提供的一种实施例中，底板设有沿滑轨长度方向延伸的滑槽，底板的中部设有沿底板厚度贯穿的油脂槽，滑轨穿过滑槽、且位于油脂槽中，滑轨设有沿滑轨厚度贯穿的滑轨油脂孔。

具体的，油脂槽306的宽度大于滑轨4的宽度。滑槽305的截面可以呈t形或其他形状，滑轨4的形状与滑槽305的形状相匹配，且滑轨4穿入滑槽305中。底板301设置有油脂槽306，便于盾尾油脂8进入油脂腔。滑轨4设有油脂导向槽404，油脂导向槽404从滑轨油脂孔401的侧壁延伸至滑轨4的外侧壁，使得油脂能够在滑轨油脂孔401和滑轨4外部的区域流动，盾尾刷3滑动时可以将多余的油脂刮除。

可选的，参考图12至图13，本申请提供的一种实施例中，盾尾1的盾尾筒体101设有止浆板5，止浆板5包括压板502、端部折弯的钢板束501，钢板束501的折弯段设于压板502和盾尾筒体101之间。具体的，钢板束501由若干道薄钢板组成，钢板束501与盾尾1的末端面用压板502压实后采用压紧螺栓503和垫片504固定。在实际装配时，止浆板5沿盾尾1的周向依次设置，相邻止浆板55之间相互重叠1/2布置，且除了盾尾1底部沿周向方向约1/6处外，其余全部设置有止浆板5。

进一步的，参考图5至图6，在上述任意一种实施例的基础上，脱壳装置2包括设于盾尾1的内侧壁的铰接座202、端部与铰接座202铰接的脱壳油缸201、设于盾尾1的内侧壁用于调整脱壳油缸201位置的纠偏机构204。

具体的，铰接座202可以采用铰接轴的结构，也可以采用球铰的结构。脱壳油缸201的固定端通过铰接座202与盾尾1的内壁固定连接，中部通过纠偏机构204与盾尾1的内壁相连，纠偏机构204能够可根据实际工况对脱壳油缸201进行导向与纠偏，使得脱壳油缸201准确对准待推动的盾尾刷3。纠偏机构204的具体结构可以有多种选择，例如，纠偏机构204具体为套设在脱壳油缸201外周的导向环，导向环沿周向设置多个与脱壳油缸201相抵的调节螺栓，旋拧调节螺栓即可调整脱壳油缸201的固定位置。当然也可以根据需求设置自动化调节设备。

可选的，为了优化脱壳油缸201与盾尾刷3的连接效果，本申请提供的一种实施例中，脱壳油缸201远离铰接座202的端部设有用于夹持盾尾刷3的机械夹持器203。

具体的，机械夹持器203具有左钳2031和右钳2032，二者分别通过左舵机和右舵机控制其夹持或松开，机械夹持器203上的顶推板2033与第一道盾尾刷3的端面接触，实现推力传递。在实际使用时，可以在盾尾刷3上设置与机械夹持器203配合的夹持孔307，便于机械夹持器203的左钳2031和右钳2032夹持盾尾刷3，夹持孔307可以具体设置在底板301的前端。

在工作过程中，若脱壳装置2设置有机械夹持器203，则在上述盾尾刷3的更换步骤的第一步中，在脱壳油缸201回缩前，机械夹持器203需要先松开第一道盾尾刷3。相应的，在上述第二步中，在已有的盾尾刷3和脱壳装置2之间安装n道盾尾刷3之后，需要控制脱壳油缸201伸出至第一道盾尾刷3的夹持孔307位置，机械夹持器203的左钳2031和右钳2032夹紧第一道盾尾刷3，待确定机械夹持器203夹紧到位之后，再进行衬砌管片7的拼装作业。

除了上述盾尾机构，本发明还提供一种包括上述任意一种盾尾机构的盾构机，该盾构机由于使用了上述盾尾机构，能够对全部盾尾刷3进行快速更换。该盾构机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的盾构机及其盾尾机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。