专利连载13:一种盾构用同步填充密封脂的复合盾尾密封刷及盾尾密封方法

技术领域

本发明涉及盾构密封系统，特别涉及一种盾构用同步填充密封脂的复合盾尾密封刷及盾尾密封方法。

背景技术

盾构法凭借其安全、可靠、快速、经济、环保等优势广泛应用于隧道施工。土压平衡盾构和泥水平衡盾构越来越多地下穿重要建（构）筑物、即有线、高铁、江河湖泊等。盾构三大主要密封系统之一的盾尾密封在盾构掘进过程中起到防止周围地层的土砂、地下水及管片背后的填充浆液等从管片与盾尾之间流向盾构隧道内部的作用。尤其是盾构穿越河流或软土地层盾尾密封失效时可能造成较大经济损失和重大安全事故。盾尾密封结构越来越多地引起盾构施工者的研究与讨论。

盾尾密封是在盾尾圆形钢板内径焊接三或四排盾尾刷，盾尾刷的末端挤压在管片外表面上，盾构始发前盾尾刷内涂满盾尾密封脂。盾尾内部、盾尾刷和管片外表面之间形成二或三个密封腔，随着盾构向前推进，密封腔内实时填充盾尾密封脂，防止外部的土砂、地下水等进入盾构隧道内部。现今常用的盾尾刷主要有钢丝刷、钢板束和钢丝刷与钢板束共同作用的复合盾尾刷，但由于盾尾刷结构设计不合理、盾尾刷内部容易被同步浆液侵蚀等多种原因，盾构施工过程中时常会导致盾尾刷密封失效，进而造成盾尾漏浆、漏水，容易发生安全事故。因此，急需设计一种结构合理的盾尾刷，最大限度降低盾尾刷失效的机率，确保盾构施工安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种盾构用同步填充密封脂的复合盾尾密封刷及盾尾密封方法，盾尾密封刷由钢板束和钢丝组组成，钢板束的每层钢板和钢丝组内的钢丝末端都能压在管片外表面上。随着盾尾密封脂的注入，密封脂可以进入到每块盾尾刷的内部空隙并填充饱满，降低了盾尾刷失效的机率。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：

设计一种钢板束与钢丝组共同作用的复合盾尾密封刷，盾尾刷依次焊接固定在盾尾钢板内径上，形成三或四排环形密封结构，盾尾刷、盾尾和管片外表面之间形成二或三个密封腔，盾构掘进过程中对密封腔实时填充盾尾密封脂。盾尾刷由前钢板束、后钢板束和钢丝组组成，钢丝组处于前钢板束与后钢板束之间。根据盾尾与管片之间的最大和最小盾尾间隙，计算每块钢板与钢丝的长度、折弯弧度，每块钢板与钢丝末端无论处于何种盾尾间隙都能挤压在管片外表面上，确保盾尾刷密封效果。每块盾尾刷与密封腔之间设计一个密封脂进脂通道，随着盾构掘进，气动注脂泵同步注入密封腔内密封脂并填充饱满密封腔的同时，由于注脂压力作用，密封腔内密封脂经盾尾刷上的进脂通道注入到盾尾刷内的钢板与钢板、钢板与钢丝和钢丝与钢丝之间的空隙内，并实时填充饱满，增强盾尾刷的支撑力，防止已经侵入盾尾刷末端的浆液、水等杂物进行盾尾刷内部，降低盾尾刷失效的机率。

本发明的有益效果是盾尾刷由钢板束和钢丝组组成，提高了盾尾密封刷的压紧力。盾尾刷内的每块钢板和每个钢丝末端无论管片与盾尾之间处于何种盾尾间隙都能压紧在管片外表面上，增强了盾尾刷的密封效果。随着盾构掘进，密封腔内密封脂经每块盾尾刷上的进脂脂通道注入并填充饱满盾尾刷内的钢板与钢板、钢板与钢丝和钢丝与钢丝之间的空隙，降低了盾尾刷失效的机率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是未受压条件下盾尾刷示意图；

图2是盾尾间隙最小条件下盾尾刷示意图；

图3是盾尾间隙最大条件下盾尾刷示意图；

图4是盾尾刷2详图；

图5是盾尾刷4和盾尾刷5详图；

图6是内侧钢板9和内侧钢板11详图；

图7是盾尾间隙最大条件下盾尾刷详图。

图中示出构件、部位及所对应的标记：盾尾1、盾尾刷2、密封腔3、盾尾刷4、盾尾刷5、挡浆板6、管片7、外侧钢板8、内侧钢板9、钢丝组10、内侧钢板11、外侧钢板12、底板13、销钉14、压板15、夹板16、盾尾刷内腔17、进脂通道18、圆形压板19、进脂孔20、弹簧21、底板22、进脂通道23、空隙24。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，如果含有术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，如果存在第一特征在第二特征之上或之下，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。如果存在第一特征在第二特征之下、下方和下面，包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图对本发明进一步说明。

1) 如图1～3、图7所示，一般在盾构机的盾尾1的内径上焊接三排盾尾刷（盾尾刷2、盾尾刷4、盾尾刷5），每排盾尾刷由多个盾尾刷组成。盾尾刷前方盾尾1内拼装管片7，随着盾构推进，盾尾1向前走，管片7不动，盾尾1内径、盾尾刷与管片7外表面之间形成二个密封腔3，密封腔3内充满盾尾密封脂。随着盾构向前推进，密封腔3内密封脂会有少许滞留在管片7外表面上，密封腔3内同步注入密封脂，填充损失的密封脂，确保密封腔3填充饱满。盾尾刷5后方设置挡浆板6，防止盾尾1后方同步浆液向前流。

盾尾1凸台与管片7外表面之间间距称为盾尾1间隙，盾尾1间隙一般为30mm。为防止管片7外表面与盾尾1干涉，要通过管片7选型控制盾尾1间隙大小。盾尾1间隙一般处于最小盾尾1间隙（如图2）和最大盾尾1间隙（如图3）之间。为保证盾尾刷末端压紧管片7外表面，设计的盾尾刷的弹性钢板必须有一定的弧度，未受压条件下盾尾刷的状态如图1。盾尾刷要根据盾尾1与管片7尺寸，设计盾尾刷每个部件的尺寸，要保证最小盾尾1间隙时盾尾刷末端钢板与钢丝都紧压在管片7外表面上，同时钢板间与钢丝间无空隙24。随着盾尾1间隙的增大，盾尾刷末端钢板与钢丝都紧压在管片7外表面上，但钢板间、钢板钢丝间与钢丝间空隙24在变大。盾尾刷2是一种结构设计，盾尾刷4和盾尾刷5是另一种结构设计。

2）如图4、图6所示，盾尾刷2由后钢板束、钢丝组10、前钢板束、底板13、销钉14、压板15、夹板16等部件构成。后钢板束由外侧钢板8和内侧钢板9构成，内侧钢板9由多块钢板构成，除钢板长度与进脂通道23尺寸不同外，其它结构尺寸相同。前钢板束由外侧钢板12和内侧钢板11构成，内侧钢板11由多块钢板构成，除钢板长度与进脂通道23尺寸不同外，其它结构尺寸相同。钢丝组10由多个钢丝对折而成，对折处由夹板16固定，防止盾尾刷2内的钢丝被拉出盾尾刷。底板13上设计有进脂通道18。内侧钢板9和内侧钢板11设计有进脂通道23，进脂通道23的长度要超过钢板折弯处。

盾尾刷2安装流程如下：底板13上依次安装外侧钢板8、内侧钢板9、钢丝组10、内侧钢板11、外侧钢板12、压板15，最后使用若干个销钉14固定。

盾尾刷2自动填充密封脂的过程如下：随着盾构向前推进，密封腔3同步注入密封脂，在密封脂压力作用下密封脂经进脂通道18、盾尾刷内腔17、进脂通道23，进入外侧钢板8、内侧钢板9、钢丝组10、内侧钢板11、外侧钢板12之间的各个空隙24内，填充饱满空隙24。当盾尾1间隙变大，空隙24体积将变大，密封脂填充变大的空隙。当盾尾1间隙变小，空隙24体积将变小，空隙24内的密封脂将挤压出空隙24。无论盾尾1间隙变大还是变小，空隙24内的密封脂都是饱满的。

3）如图5、图6所示，盾尾刷4或盾尾刷5由后钢板束、钢丝组10、前钢板束、底板22、销钉14、压板15、夹板16、圆形压板19、弹簧21等部件构成。后钢板束由外侧钢板8和内侧钢板9构成，内侧钢板9由多块钢板构成，除钢板长度与进脂通道23尺寸不同外，其它结构尺寸相同。前钢板束由外侧钢板12和内侧钢板11构成，内侧钢板11由多块钢板构成，除钢板长度与进脂通道23尺寸不同外，其它结构尺寸相同。钢丝组10由多个钢丝对折而成，对折处由夹板16固定，防止盾尾刷4或盾尾刷5内的钢丝被拉出盾尾刷。内侧钢板9和内侧钢板11设计有进脂通道23，进脂通道23的长度要超过钢板折弯处。弹簧21一端与圆形压板19固定，一端与夹板16固定，由于弹簧21弹力作用，圆形压板19压紧在压板15上设计的进脂孔20四周。

盾尾刷4或盾尾刷5安装流程如下：底板22上依次安装外侧钢板8、内侧钢板9、钢丝组10、内侧钢板11、外侧钢板12、弹簧21、圆形压板19、压板15，最后使用若干个销钉14固定。

盾尾刷4或盾尾刷5自动填充密封脂的过程：随着盾构向前推进，密封腔3同步注入密封脂，在密封脂压力作用下弹簧21受力变短，圆形压板19被压开，密封脂经进脂孔20、盾尾刷内腔17、进脂通道23，进入外侧钢板8、内侧钢板9、钢丝组10、内侧钢板11、外侧钢板12之间的各个空隙24内，填充饱满空隙24。当盾尾1间隙变大，空隙24体积将变大，密封脂填充变大的空隙。当盾尾1间隙变小，空隙24体积将变小，空隙24内的密封脂将挤压出空隙24。无论盾尾1间隙变大还是变小，空隙24内的密封脂都是饱满的。

4）无论盾尾刷是三排、四排或者更多，只有第一排盾尾刷结构设计不同，其它盾尾刷结构都是相同的。为保证盾尾刷之间的密封效果，安装焊接盾尾刷时相邻盾尾刷的钢板束中的每块钢板都有重叠。

以上所述只是用图解说明本发明一种盾构用同步填充密封脂的复合盾尾密封刷及盾尾密封方法的一些原理及功能，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7