一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置及方法

1.本发明涉及一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置及方法。


背景技术：

2.随着我国盾构施工技术的快速发展，盾构土木式地中对接施工技术被工程师们广泛应用于超长距离隧道的建设中。土木式地中对接施工中先行盾构机到达指定对接位置并加固周围土层，然后后行盾构机调整姿态向先行盾构机驶去，直至两台盾构机刀盘端面距离近似于零后停下，接着分别对两台盾构机内部结构进行弃壳拆卸，依次拆卸每台盾构机的台车、设备桥、螺旋输送机、管片拼装机、油缸、米字梁、电机、人闸、刀具、主驱动和刀盘等。当两台盾构机的内部结构全部拆卸完成后，在两个盾壳间会产生大面积圆环形的悬空段，再将钢板置于悬空段并焊接于两侧盾壳上，以此来完成两台盾构机的地中对接施工。但此对接工法存在众多不足，最关键的是两侧刀盘全部拆卸将产生大面积圆环形的悬空段，地层加固效果不好或者钢板封闭不及时往往产生地层坍塌和渗漏现象，此阶段的施工风险较大。因此，在土木式地中对接工法基础上，提出一种盾构土木式地中对接盾壳快速密封装置及方法，能够在对刀盘拆卸的过程中同时进行两侧盾壳的密封连接，以此减小两台盾构机对接过程中的悬空段发生坍塌和渗漏的风险，有效解决土木式对接工法存在的缺陷。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置及方法，其克服了土木式地中对接工法所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
4.一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置，该快速密封装置包括：
5.若干个密封板；
6.两个均进行部分拆卸后的盾构机，每一盾构机均包括中空的盾壳和安装在盾壳前端的刀盘，每一盾壳内均设有滑行轨道，每一刀盘均设置有主驱动；
7.旋转夹持机构，其位于其中一个盾壳内且与该盾壳内的滑行轨道相滑动配合，该旋转夹持机构可夹持密封板并带动密封板进行旋转；
8.推进机构，其位于与旋转夹持机构同一个盾壳内且与该盾壳内的滑行轨道相滑动配合；
9.在每一刀盘外周的相同位置进行切割形成一个内外贯穿的穿孔段后，推进机构再推动旋转夹持机构夹持的密封板依次穿过两个盾构机对应的穿孔段，以使密封板的两端分别在两个盾壳内，再将密封板的两端分别与两个盾壳进行固接；进行后一个穿孔段的切割后，采用相同的方式将下一个密封板与两个盾壳进行固接，该密封板与前一个密封板进行密封连接，直至刀盘外周切割完毕时，若干个密封板围成密封筒。
10.一较佳实施例之中，两个刀盘外周的穿孔段的形状与刀盘外周的形状相适配，所述穿孔段的切割可采用顺时针或者逆时针的方向进行切割，且后一个穿孔段与前一个穿孔
段相连通。
11.一较佳实施例之中，所述密封板为外凸板或内凹板，所述外凸板两端均设有内扣部，所述内凹板两端均设有外扣部，且所述外凸板和内凹板交替连接在相邻的两个穿孔段，相邻的外凸板和内凹板之间通过内扣部与外扣部的扣接配合进行密封连接。
12.一较佳实施例之中，所述外凸板包括呈弧形的外凸板体，两个内扣部分别固接在外凸板体的内侧两端且两个内扣部均大体呈u形，两个内扣部的开口相对布置；所述内凹板包括呈弧形的内凹板体，两个外扣部分别固接在内凹板体的外侧两端且两个外扣部均大体呈u形，两个外扣部的开口相对布置；当外凸板与内凹板相扣接时，所述外凸板体位于内凹板体的外侧，所述内扣部卡入对应的外扣部的开口处，所述外扣部卡入对应的内扣部的开口处。
13.一较佳实施例之中，所述外凸板体和内凹板体两端均预设有通孔，两个盾壳均设有螺栓孔，另设有若干个螺栓，该螺栓穿过外凸板或内凹板的通孔后与盾壳的螺栓孔相螺接以将外凸板或内凹板与盾壳相固接。
14.一较佳实施例之中，所述内凹板体与盾壳之间设置有垫层。
15.一较佳实施例之中，所述旋转夹持机构包括第一滑动底盘、第一旋转台、第一旋转盘、第一旋转驱动马达和第一夹持臂，所述第一滑动底盘与滑行轨道相滑动配合，所述第一旋转台固定安装在第一滑动底盘上，所述第一旋转盘转动装接在第一旋转台，所述第一旋转驱动马达驱动第一旋转盘转动，所述第一夹持臂与第一旋转盘相连接，所述第一夹持臂可夹持或松开密封板，以使密封板沿着盾壳长度方向延伸，所述第一旋转驱动马达带动第一旋转盘转动，第一旋转盘带动第一夹持臂以及密封板同步转动。
16.一较佳实施例之中，所述推进机构包括第二滑动底盘、第二旋转台、第二旋转盘、第二旋转驱动马达、第二夹持臂和液压油缸，所述第二滑动底盘与滑行轨道相滑动配合，所述第二旋转台固定安装在第二滑动底盘上，所述第二旋转盘转动装接在第二旋转台，所述第二旋转驱动马达驱动第二旋转盘转动，所述第二夹持臂与第二旋转盘相连接，所述第二夹持臂与液压油缸相固接，所述液压油缸设有推动活塞，所述第二旋转驱动马达带动第二旋转盘转动，第二旋转盘带动第二夹持臂以及液压油缸同步转动，使得推动活塞与对应的密封板处于相同的转动角度，便于推动活塞推动对应的密封板朝向另一个盾壳方向移动。
17.一较佳实施例之中，所述旋转夹持机构还包括第一角度传感器，所述第一角度传感器以检测第一旋转盘的转动角度；所述推进机构还包括第二角度传感器，所述第二角度传感器以检测第二旋转盘的转动角度，可确保第二旋转盘的转动角度与第一旋转盘的转动角度相同。
18.本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
19.一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封方法，其应用所述的一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置，包括：
20.步骤10，根据地层情况选择合适的刀盘外周切割弧度以及合适的刀盘外周切割厚度，再将两个刀盘外周相对应的位置分别进行切割，以形成相对应的两个穿孔段；
21.步骤20，选择与刀盘外周的切割弧度及厚度相适配的外凸板或内凹板的宽度及厚度，再将外凸板或内凹板安装在旋转夹持机构上且沿着盾壳长度方向延伸，启动旋转夹持机构以带动外凸板或内凹板进行转动，直至该外凸板或内凹板与步骤10中的两个穿孔段相
对应；
22.步骤30，启动推进机构，推动步骤20中旋转夹持机构夹持的外凸板或内凹板依次穿过两个盾构机对应的穿孔段，并使该外凸板或内凹板的两端分别位于两个盾壳内，以到达最终位置；且，若该外凸板或内凹板不是推进机构推进的第一块，则在推进前需调整好外扣部与内扣部的扣接状态，再将外凸板或内凹板向前推进，最后将该外凸板或内凹板的两端分别与两个盾壳进行固接；
23.步骤40，重复步骤10至步骤30，直至外凸板和内凹板相互扣接并形成密封筒。
24.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
25.1.本技术在刀盘外周的切割过程中同时进行两侧盾壳的密封，能够有效减小对接过程中两台盾构机之间悬空段的面积，避免封闭不及时在悬空段处发生土体坍塌及渗漏的现象。
26.2.本技术采用外凸板和内凹板穿过两个盾构机的穿孔段，且外凸板与内凹板交替扣接形成密封筒，由此，该方法能够使两台盾构机紧密地连成一个整体，且具有较高的强度。
27.3.本技术的密封板的弧度以及刀盘外周切割区域的弧度可以根据周围地层情况确定，地层情况较差时，密封板的弧度及刀盘外周切割区域的弧度较小，反之则较大，由此，该方法可以避免施工过程中由于悬空段过大而发生地层坍塌及渗漏现象。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
29.图1绘示了一较佳实施例的一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置的整体示意图。
30.图2绘示了一较佳实施例的旋转夹持机构的结构示意图。
31.图3绘示了一较佳实施例的推进机构的结构示意图。
32.图4绘示了一较佳实施例的旋转夹持机构与推进机构的位置关系示意图。
33.图5绘示了一较佳实施例的旋转夹持机构与推进机构在其中一盾壳内的状态示意图。
34.图6绘示了推进机构推动第一块外凸板的状态示意图。
35.图7绘示了密封筒与两个盾壳的连接状态示意图。
36.图8绘示了外凸板与内凹板围成密封筒的状态示意图。
37.图9绘示了刀盘外周设置穿孔段先后关系示意图。
38.图10绘示了外凸板体与盾壳的连接状态示意图。
39.图11绘示了内凹板体与盾壳的连接状态示意图。
具体实施方式
40.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
41.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
42.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
43.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
44.请查阅图1至图11，一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置的一较佳实施例，所述的一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封装置，它包括若干个密封板、两个进行地中对接的盾构机、旋转夹持机构40和推进机构50。
45.两台盾构机停下后，分别对两台盾构机内部部分结构进行拆卸，依次拆卸每台盾构机的台车、设备桥、螺旋输送机、管片拼装机、油缸、电机和人闸等，留下中空的盾壳、刀盘及主驱动。因此，每一盾构机均包括中空的盾壳10和安装在盾壳10前端的刀盘13，每一盾壳10内均设有滑行轨道11，每一刀盘13均设置有主驱动131，主驱动131可带动刀盘13转动。当刀盘外周12整体切割完毕后，刀盘13就可整体进行拆卸。
46.在实际切割过程中，在每一刀盘外周12的相同位置先进行切割形成一个内外贯穿的穿孔段14后，再进行一个密封板的推进和固定，直至若干个穿孔段14围成一个环形，此时若干个密封板也围成密封筒15。
47.本实施例中，两个刀盘外周12的穿孔段14的形状与刀盘外周12的形状相适配，大体为圆弧段，所述穿孔段14的切割可采用顺时针或者逆时针的方向进行切割，且后一个穿孔段14与前一个穿孔段14相连通。
48.所述密封板为外凸板20或内凹板，所述外凸板20两端均设有内扣部21，所述内凹板30两端均设有外扣部31，且所述外凸板20和内凹板30交替连接在相邻的两个穿孔段14，相邻的外凸板20和内凹板30之间通过内扣部21与外扣部31的扣接配合进行密封连接。
49.本实施例中，如图8所示，所述外凸板20包括呈弧形的外凸板体22，两个内扣部21分别固接在外凸板体22的内侧两端且两个内扣部21均大体呈u形，两个内扣部21的开口相对布置；所述内凹板30包括呈弧形的内凹板体32，两个外扣部31分别固接在内凹板体32的外侧两端且两个外扣部31均大体呈u形，两个外扣部31的开口相对布置；当外凸板20与内凹板30相扣接时，所述外凸板体22位于内凹板体32的外侧，所述内扣部21卡入对应的外扣部31的开口处，所述外扣部31卡入对应的内扣部21的开口处。
50.本实施例中，所述外凸板体22与两个内扣部21为一体成型，所述内凹板体32与两个外扣部31为一体成型，且，外凸板20与内凹板30均采用钢材材质。
51.最好，所述外凸板体22和内凹板体32两端均预设有通孔23、33，每当外凸板20或内凹板30达到最终位置时，可在两个盾壳10处钻螺栓孔16，另设有若干个螺栓17，该螺栓17穿过外凸板20或内凹板30的通孔23、33后与盾壳10的螺栓孔16相螺接以将外凸板20或内凹板30与盾壳10相固接。如图10所示，外凸板体22与盾壳10内壁之间间隙较小，可直接通过螺栓
17进行锁接。如图8所示，由于内凹板体32位于外凸板体22的内侧，因此，如图11所示，在所述内凹板体32与盾壳10之间设置有垫层34，以加强二者之间的连接。
52.所述旋转夹持机构40，其位于其中一个盾壳10内且与该盾壳10内的滑行轨道11相滑动配合，该旋转夹持机构可夹持外凸板20或内凹板30并带动外凸板20或内凹板30进行旋转。
53.本实施例中，所述旋转夹持机构40包括第一滑动底盘41、第一旋转台42、第一旋转盘43、第一旋转驱动马达和第一夹持臂44，所述第一滑动底盘41与滑行轨道11相滑动配合，所述第一旋转台42固定安装在第一滑动底盘41上，所述第一旋转盘43转动装接在第一旋转台42，所述第一旋转驱动马达驱动第一旋转盘43转动，所述第一夹持臂44与第一旋转盘43相连接，所述第一夹持臂44可夹持或松开外凸板20或内凹板30，以使外凸板20或内凹板30沿着盾壳10长度方向延伸，所述第一旋转驱动马达带动第一旋转盘43转动，第一旋转盘43带动第一夹持臂44以及外凸板20或内凹板30同步转动。
54.如图2所示，所述第一滑动底盘41底端设置有若干个第一滑轮411，该第一滑轮411与滑行轨道11相滑动配合。所述第一旋转台42底端设有两个间隔布置的第一支撑柱421，两个第一支撑柱421底端与第一滑动底盘41相固接。所述第一夹持臂44长度延伸方向与与第一旋转台42之中心轴线相垂直，该第一夹持臂44头端与第一旋转盘43相连接，第一夹持臂44的末端设置有夹手441，该夹手441可周向夹持或松开外凸板20或内凹板30。
55.本实施例中，所述旋转夹持机构40还包括第一角度传感器，所述第一角度传感器以检测第一旋转盘43的转动角度。
56.所述推进机构50，其位于与旋转夹持机构40同一个盾壳10内且与该盾壳10内的滑行轨道11相滑动配合，该推进机构50可推动旋转夹持机构40夹持的外凸板20或内凹板30依次穿过两个盾构机对应的穿孔段14，并使外凸板20或内凹板30伸入另一个盾壳10内，再将外凸板20或内凹板30与两个盾壳10进行固接，直至外凸板20和内凹板30交替连接围成密封筒15。
57.本实施例中，所述推进机构50包括第二滑动底盘51、第二旋转台52、第二旋转盘53、第二旋转驱动马达、第二夹持臂54和液压油缸55，所述第二滑动底盘51与滑行轨道11相滑动配合，所述第二旋转台52固定安装在第二滑动底盘51上，所述第二旋转盘53转动装接在第二旋转台52，所述第二旋转驱动马达驱动第二旋转盘53转动，所述第二夹持臂54与第二旋转盘53相连接，所述第二夹持臂54与液压油缸55相固接，所述液压油缸55设有推动活塞551，所述第二旋转驱动马达带动第二旋转盘53转动，第二旋转盘53带动第二夹持臂54以及液压油缸55同步转动，使得推动活塞551与对应的外凸板20或内凹板30处于相同的转动角度，便于推动活塞551推动对应的外凸板20或内凹板30朝向另一个盾壳10方向移动。
58.所述推进机构50还包括第二角度传感器，所述第二角度传感器以检测第二旋转盘53的转动角度，可确保第二旋转盘53的转动角度与第一旋转盘43的转动角度相同。
59.如图3所示，所述第二滑动底盘51底端设有若干个第二滑轮511，该第二滑轮511与滑行轨道11相滑动配合。所述第二旋转台52底端设有两个间隔布置的第二支撑柱521，两个第二支撑柱521底端固接在第二滑动底盘51顶端。所述第二夹持臂54的长度延伸方向与第二旋转台52之中心轴线相垂直。也即，第二滑动底盘51、第二旋转台52、第二旋转盘53和第二夹持臂54的连接结构，与旋转夹持机构40中的第一滑动底盘41、第一旋转台42、第一旋转
盘43和第一夹持臂44的连接结构相同。且，所述推动活塞551的活动方向与第二旋转盘53中心轴线相平行。
60.如图5所示，所述推进机构50位于旋转夹持机构40远离刀盘的一侧。如图4所示，该密封装置还包括液压动力泵站60和控制箱61，该液压动力泵站60位于推进机构50远离刀盘的一侧，该液压动力泵站60与液压油缸55相连接。所述控制箱61也位于推进机构50远离刀盘的一侧，该控制箱61与液压动力泵站60、旋转夹持机构40、推进机构50均相连接。
61.一种盾构土木式地中对接过程中盾壳的快速密封方法，包括：
62.步骤10，根据地层情况选择合适的刀盘外周切割弧度以及合适的刀盘外周切割厚度，再将两个刀盘外周12相对应的位置分别进行切割，以形成相对应的两个穿孔段14；其中，在进行穿孔段14的切割前，可先将旋转夹持机构40和推进机构50移动到其中一个盾壳10内的合适位置，具体的：可通过第一滑动底盘41与滑行轨道11的配合以及第二滑动底盘51与滑行轨道11的配合分别将旋转夹持机构40和推进机构50进行移动。且，穿孔段14的切割顺序，可根据图9中逆时针所示的顺序，先对最底端右侧的穿孔段14进行切割，待该处的外凸板20或内凹板30与盾壳10固定完成后，再进行逆时针方向的第二个穿孔段14的切割，以此类推。穿孔段14的切割顺序不以此为限，也可进行顺时针的切割。
63.步骤20，选择与刀盘外周的切割弧度及厚度相适配的外凸板20或内凹板30的宽度及厚度，再将外凸板20或内凹板30安装在旋转夹持机构40上且沿着盾壳10长度方向延伸，启动旋转夹持机构40以带动外凸板20或内凹板30进行转动，直至该外凸板20或内凹板30与步骤10中的两个穿孔段14相对应；具体的：通过第一角度传感器的预设角度值，控制第一旋转驱动马达带动第一旋转盘43转动，进而带动第一夹持臂44同步转动，直至外凸板20或内凹板30位于预设角度值的位置处。
64.步骤30，启动推进机构，推动步骤20中旋转夹持机构夹持的外凸板20或内凹板30依次穿过两个盾构机对应的穿孔段14，并使该外凸板20或内凹板30的两端分别位于两个盾壳10内，以到达最终位置；且，若该外凸板20或内凹板30不是推进机构50推进的第一块，则在推进前需调整好外扣部21与内扣部31的扣接状态，再将外凸板20或内凹板30向前推进，最后将该外凸板20或内凹板30的两端分别与两个盾壳10进行固接；具体的：先通过第二角度传感器的预设角度值，控制第二旋转驱动马达带动第二旋转盘53转动，进而带动第二夹持臂54和液压油缸55同步转动，直至液压油缸55的推动活塞551位于第二角度传感器的预设角度值的位置处。若推进的外凸板20或内凹板30不是第一块板，则要将该外凸板20或内凹板30与已施工完毕的外凸板20或内凹板30扣接好。接着，启动液压油缸55，带动推动活塞551推动外凸板20或内凹板30朝向穿孔段14的方向移动，当外凸板20或内凹板30的端部伸入至另一个盾壳10内时，该外凸板20或内凹板30达到最终位置。
65.本实施例中，在步骤30中，可在外凸板20和内凹板30的两端均预设通孔23、33，在外凸板20或内凹板30推进至最终位置后，对准外凸板20或内凹板30两端的通孔23、33，分别在两个盾壳10内壁进行钻孔以形成螺栓孔16，再将螺栓17穿过通孔23、33后与螺栓孔16相螺接，以将外凸板20或内凹板30的两端分别与两个盾壳10进行固定。若是外凸板20，则如图10所示，只需将螺栓17穿过通孔23后与螺栓孔16相螺接即可进行固定；若是内凹板30，由于内凹板体32与盾壳10内壁之间具有较大间隙，需要在二者之间放置垫层34，再将螺栓17穿过通孔33与螺栓孔16进行螺接固定。
66.如图6所示，为第一块外凸板20安装完毕的状态。
67.步骤40，重复步骤10至步骤30，直至外凸板20和内凹板30相互扣接并形成密封筒15。如图7所示，为密封筒15安装完成的状态。
68.由此，在对刀盘外周切割的过程中同时进行两侧盾壳10的密封连接，以此减小两台盾构机对接过程中的悬空段发生坍塌和渗漏的风险，有效解决土木式对接工法存在的缺陷。
69.以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。