CN110080786A - 一种具有端面冻结***的盾构机及其保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有端面冻结***的盾构机及其保护方法，包括刀盘、前盾、中心回转体、快速接管装置和冷冻机***，所述刀盘的辐板上布置有至少一条刀盘冷冻管，每条刀盘冷冻管嵌入在刀盘内侧的方钢内，所述刀盘后连接刀盘中心块，所述刀盘中心块后连接中心回转体，所述中心回转体中部与主驱动相连，主驱动与刀盘相连，所述中心回转体后方接有中心回转体冷冻管。本发明的有益效果是：可在常规方法下不能进行换刀作业的特殊地层、特殊地段进行盾构机磨损刀具的更换，实现盾构机的自救，提高了盾构机在地下复杂地质情况实现换刀作业，不受地面空间和地质条件的限制，提升了地下空间开挖作业的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机端面冻结法常压换刀领域，尤其涉及一种具有端面冻结***的盾构机及其保护方法。
背景技术
盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构的施工法是掘进机在掘进的同时通过盾构外壳和管片支承四周的岩石，以防发生往隧道内坍塌的事故，具有自动化程度高和施工速度快等特点，而盾构机的刀具在长时间、高频率的挖掘工作之下经常会磨损毁坏，现有的盾构机换刀方法主要有两种：一种是在地层稳定的如中风化或微风化地层进行常压开舱换刀，另一种是带压进舱进行换刀，在软弱的富水砂层等透水性较大且软弱的极端情况下，刀具更换不能采用常压开舱，刀盘前方掌子面压力不能保持，地层保压特性差的地段也不能采用带压进舱方法更换刀具，不具备从地面冷冻法加固的空间条件的情况下，但盾构机穿越地下复杂地层时刀具损坏不能继续掘进的情况下，利用常规换刀施工方法盾构机自带的***和部件无法实现换刀作业。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种具有端面冻结***的盾构机及其关键部件的保护方法，实现刀盘前方掌子面和前盾上方掌子面的土体的冻结，并且保证在冻结法换刀作业后，盾构机的刀盘、刀具、刀盘内加注管路、大盘中心块内的管路和密封、中心回转体、主驱动密封等性能不因低温作业影响其后续的使用性能。
本发明提出一种具有端面冻结***的盾构机，包括刀盘、前盾、中心回转体、快速接管装置和冷冻机***，所述刀盘的辐板上布置有至少一条刀盘冷冻管，每条刀盘冷冻管嵌入在刀盘内侧的方钢内，所述刀盘后连接刀盘中心块，所述刀盘中心块后连接中心回转体，所述中心回转体中部与主驱动相连，主驱动通过牛腿及连接法兰两种连接件与刀盘相连，所述中心回转体后方接有中心回转体冷冻管，所述主驱动箱体与前盾连接，所述前盾上设有土舱隔板，所述土舱隔板处预设管路接头，所述前盾壳体上预设计至少一条前盾冷冻管，盾体内的前平台上设有快速接管装置，所述冷冻机***放置在隧道平板车上，所述冷冻机***输出的冻结管通过预设的管路接头与快速接管装置的接入口连接，所述快速接管装置的输出口分别与刀盘冷冻管、前盾冷冻管和中心回转体冷冻管连接，所述中心回转体将冻结管连接到刀盘中心块，所述中心回转体内部有设有密封圈和密封润滑介质。
进一步在于：所述刀盘的主辐条上均设置有测温传感器，方钢的外表面设有耐磨网纹，所述刀盘选用耐低温材料，刀盘的端面设置至少六个温度传感器测温孔。
进一步在于：所述前盾壳体上开槽，输送冻结介质的冷冻管与盾体的钢结构分块相匹配连接。
进一步在于：所述前盾壳体上的前盾冷冻管于前盾钢结构上开槽，并覆盖板，前盾冷冻管一端通过冷却槽安装座与盾体连接，另一端与土舱钢板上预留的通道相连接。
进一步在于：所有连接冷冻机***的管路接入口和出口集成在一起，快速接管装置内部的管路连通，分区设置通往前盾和刀盘的冷冻管接口，冷冻管的出口和入口预设有快速接头。
一种具有端面冻结***的盾构机的保护方法，盾构机的关键部件包括刀盘，主驱动、中心回转体，所述刀盘使用在-40℃低温条件下仍保证材料力学性能的金属材料，主驱动密封油脂采用傾点低于冻结温度的油脂，中心回转体浮动环处密封油脂，仿形刀通道内润滑油脂EP1置换为耐低温油脂；
所述主驱动的冷却水***内置于主驱动箱体内，正常施工时用于主驱动密封***、电机和减速机等部件的冷却，在实施端面低温冻结时，通过循环不断的常温水实现主驱动的功能。
进一步在于：所述刀盘使用Q345E高强度钢，所述密封油脂使用力富00号油脂，所述刀盘内部的加注口管路内残留的水置换为-5°的盐水，滚刀密封选用耐低温浮动油封环。
进一步在于：所述主驱动自带的主密封冷却***的通道，在实施冻结时通常温水保温，保护主密封不因低温失去其性能。
进一步在于：所述刀盘中心块与刀盘连接部位O型圈均选用耐低温-40℃的O型圈，中心回转体和刀盘中心块内部管路残留水置换为-5°的盐水。
本发明的有益效果为：
1.本发明的盾构机配置端面低温冻结***，可在常规方法下不能进行换刀作业的特殊地层、特殊地段进行盾构机磨损刀具的更换，将刀盘前方掌子面和前盾上方掌子面的土体的冻结，实现盾构机的自救，提高了盾构机在地下复杂地质情况实现换刀作业，不受地面空间和地质条件的限制，提升了地下空间开挖作业的安全性。
2.盾构机的端面低温冻结***的冻结管提前预设，可与冷冻机***快速连接，盾构机在设计时已考虑主机关键部件在低温作业恢复后的使用性能保护，具有较高的经济适用性。
附图说明
图1为本发明的端面低温刀盘冻结***示意图；
图2为本发明的冷冻***原理图；
图3为本发明的端面低温刀盘冷冻管布置图；
图4为本发明的刀盘上的管路布置示意图；
图5为本发明的前盾壳体冷冻管布置图；
图6为本发明的快速节管装置总成示意图。
其中：1-刀盘，2-刀盘冷冻管，3-前盾，4-土舱隔板，5-前盾冷冻管，6-主驱动，7-中心回转体冷冻管，8-快速接管装置，9-冷冻机***，10-中心回转体，11-刀盘中心块，12-刀盘第一组冷冻管，13-刀盘第二组冷冻管，14-刀盘第三组冷冻管,15-测温传感器,16-土舱隔板上通道,17-盾体冷冻管，18-冷却槽安装座，19-介质入口集散块，20-介质出口集散块，21-快速接管装置底座。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2所示,本发明提出一种具有端面冻结***的盾构机，包括刀盘1、前盾2、中心回转体10、快速接管装置8和冷冻机***9，所述刀盘1的辐板上布置有至少一条刀盘冷冻管2，每条刀盘冷冻管2嵌入在刀盘1内侧的方钢内，所述刀盘1后连接刀盘中心块11，所述刀盘中心块11后连接中心回转体10，所述中心回转体10中部与主驱动6相连，主驱动6通过牛腿及连接法兰两种连接件与刀盘1相连，所述中心回转体10后方接有中心回转体冷冻管7，所述主驱动6箱体与前盾3连接，所述前盾3上设有土舱隔板4，所述土舱隔板4处预设管路接头，所述前盾3壳体上预设计至少一条前盾冷冻管5，盾体内的前平台上设有快速接管装置8，所述冷冻机***9放置在隧道平板车上，所述冷冻机***9输出的冻结管通过预设的管路接头与快速接管装置8的接入口连接，所述快速接管装置8的输出口分别与刀盘冷冻管2、前盾冷冻管5和中心回转体冷冻管7连接，所述中心回转体10将冻结管连接到刀盘中心块11，所述中心回转体10内部有设有密封圈和密封润滑介质。
前盾3上设有四组冷冻管，前盾3的左右上方设有两组前盾冷冻管5入口，前盾3的左右下方设有两组前盾冷冻管5入口，前盾冷冻管5入口和前盾冷冻管5出口设有球阀开关，土舱底部设有冷冻管。
如图3、4所示，所述刀盘的主辐条上均设置有测温传感器15，测温传感器15均匀分布在辐条上，每个辐条上有10个测温传感器15，共60个传感器，方钢的外表面设有耐磨网纹，所述刀盘1选用耐低温材料，刀盘1的端面设置至少六个温度传感器测温孔，刀盘的端面上设有三组冻结通道，分别为刀盘第一组冷冻管12、刀盘第二组冷冻管13、刀盘第三组冷冻管14。
如图5所示，所述前盾3壳体上开槽，输送冻结介质的冻结管与盾体的钢结构分块相匹配连接。
所述前盾3壳体上的前盾冷冻管5于前盾钢结构上开槽，并覆盖板，前盾冷冻管5一端通过冷却槽安装座18与盾体连接，另一端与土舱隔板上通道16相连接，盾体冷冻管17从土舱隔板4上通道左侧穿入，与右侧前盾冷冻管5连通。
如图1、6所示，所有连接冷冻机***9的管路接入口和出口集成在一起，与快速接管装置8内部的管路连通，快速接管装置8上设有介质入口集散块19和介质出口集散块20，用于集中各种冷冻管，分区设置通往前盾3和刀盘1的冷冻管接口，冷冻管的出口和入口预设有快速接头，介质进入口集散块19连接冷冻机***9的输出管，介质出口集散块20连接刀盘冷冻管2、前盾冷冻管5和中心回转体冷冻管7等冷冻管道，所述快速接管装置8内部还设有快速节管装置底座21，快速节管装置底座21将连接在快速节管装置8上的各种管道固定在盾体内的前平台上。
一种具有端面冻结***的盾构机的保护方法，盾构机的关键部件包括刀盘1，主驱动6、中心回转体10，所述刀盘1使用在-40℃低温条件下仍保证材料力学性能的金属材料，主驱动6密封油脂采用傾点低于冻结温度的油脂，中心回转体10浮动环处密封油脂，仿形刀通道内润滑油脂EP1置换为耐低温油脂；
所述主驱动6的冷却水***内置于主驱动6箱体内，正常施工时用于主驱动6密封***、电机和减速机等部件的冷却，在实施端面低温冻结时，通过循环不断的常温水实现主驱动6的功能。
所述刀盘1使用Q345E高强度钢，所述密封油脂使用力富00号油脂，所述刀盘1内部的加注口管路内残留的水置换为-5°的盐水，滚刀密封选用耐低温浮动油封环，抗低温冲击。
所述主驱动6自带的主密封冷却***的通道，在实施冻结时通常温水保温，保护主密封不因低温失去其性能。
所述刀盘中心块11与刀盘连接部位O型圈均选用耐低温-40℃的O型圈，中心回转体10和刀盘中心块11内部管路残留水置换为-5°的盐水。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有端面冻结***的盾构机，包括刀盘、前盾、中心回转体、快速接管装置和冷冻机***，其特征在于：所述刀盘的辐板上布置有至少一条刀盘冷冻管，每条刀盘冷冻管嵌入在刀盘内侧的方钢内，所述刀盘后连接刀盘中心块，所述刀盘中心块后连接中心回转体，所述中心回转体中部与主驱动相连，主驱动通过牛腿及连接法兰两种连接件与刀盘相连，所述中心回转体后方接有中心回转体冷冻管，所述主驱动箱体与前盾连接，所述前盾上设有土舱隔板，所述土舱隔板处预设管路接头，所述前盾壳体上预设计至少一条前盾冷冻管，盾体内的前平台上设有快速接管装置，所述冷冻机***放置在隧道平板车上，所述冷冻机***输出的冻结管通过预设的管路接头与快速接管装置的接入口连接，所述快速接管装置的输出口分别与刀盘冷冻管、前盾冷冻管和中心回转体冷冻管连接，所述中心回转体将冻结管连接到刀盘中心块，所述中心回转体内部有设有密封圈和密封润滑介质。
2.如权利要求1所述的一种具有端面冻结***的盾构机，所述刀盘的主辐条上均设置有测温传感器，方钢的外表面设有耐磨网纹，所述刀盘选用耐低温材料，刀盘的端面设置至少六个温度传感器测温孔。
3.如权利要求1所述的一种具有端面冻结***的盾构机，所述前盾壳体上开槽，输送冻结介质的冷冻管与盾体的钢结构分块相匹配连接。
4.如权利要求3所述的一种具有端面冻结***的盾构机，所述前盾壳体上的前盾冷冻管于前盾钢结构上开槽，并覆盖板，前盾冷冻管一端通过冷却槽安装座与盾体连接，另一端与土舱钢板上预留的通道相连接。
5.如权利要求1所述的一种具有端面冻结***的盾构机，所有连接冷冻机***的管路接入口和出口集成在一起，快速接管装置内部的管路连通，分区设置通往前盾和刀盘的冷冻管接口，冷冻管的出口和入口预设有快速接头。
6.一种具有端面冻结***的盾构机的保护方法，盾构机的关键部件包括刀盘，主驱动、中心回转体，其特征在于，所述刀盘使用在-40℃低温条件下仍保证材料力学性能的金属材料，主驱动密封油脂采用傾点低于冻结温度的油脂，中心回转体浮动环处密封油脂，仿形刀通道内润滑油脂EP1置换为耐低温油脂；
所述主驱动的冷却水***内置于主驱动箱体内，正常施工时用于主驱动密封***、电机和减速机等部件的冷却，在实施端面低温冻结时，通过循环不断的常温水实现主驱动的功能。
7.如权利要求6所述的一种具有端面冻结***的盾构机关键部件的保护方法，所述刀盘使用Q345E高强度钢，所述密封油脂使用力富00号油脂，所述刀盘内部的加注口管路内残留的水置换为-5°的盐水，滚刀密封选用耐低温浮动油封环。
8.如权利要求6所述的一种具有端面冻结***的盾构机关键部件的保护方法，所述主驱动自带的主密封冷却***的通道，在实施冻结时通常温水保温，保护主密封不因低温失去其性能。
9.如权利要求6所述的一种具有端面冻结***的盾构机关键部件的保护方法，所述刀盘中心块与刀盘连接部位O型圈均选用耐低温-40℃的O型圈，中心回转体和刀盘中心块内部管路残留水置换为-5°的盐水。
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| JP2021179103A (ja) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 川崎重工業株式会社 | トンネル掘削機およびその運転方法 |
| JP7391760B2 (ja) | 2020-05-13 | 2023-12-05 | 地中空間開発株式会社 | トンネル掘削機およびその運転方法 |
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