[發明專利]用于盾構機常壓開倉作業穩定掌子面的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010004359.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN110985076B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 王新龍;馬超;張晨晨
• 申請（專利權）人: 中交二航局第三工程有限公司
• 主分類號: E21D19/04
• 分類號: E21D19/04;E21D9/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種用于盾構機常壓開倉作業穩定掌子面的裝置，包括數個扇形氣囊，扇形氣囊與兩相鄰刀桿之間的扇形空擋匹配，扇形氣囊的輸氣管旁接壓力傳感器。扇形氣囊背離盾構機掘進面的一側設有反土沖力機構，反土沖力機構沿扇形徑向間隔設置在嵌入扇形氣囊的兩相鄰刀桿之間，包括徑向桿和固定半環。本發明裝置的裝拆方法如下：1）扇形氣囊安裝就位后充氣成形，2）安裝反土沖力機構，3）常壓開倉作業完成后拆除扇形氣囊。本發明的扇形氣囊可重復使用，裝拆非常方便，達到穩固掌子面的效果，大大提高了盾構機常壓開倉作業的安全性。

技術領域

本發明涉及一種盾構機作業時的安全裝置，特別涉及一種在隧道掘進施工中，盾構機在常壓開倉作業時穩定掌子面的裝置及方法，屬于隧道施工技術領域。

背景技術

盾構機掘進已廣泛應用在各類隧道施工中，在盾構機掘進的過程中，盾構機的刀盤旋轉切削地質層，刀盤不斷掘進前移時面對的地質層工作面即掌子面。在掘進過程中，在常壓情況下需要檢查地質情況或刀盤磨損情況，或需要更換刀具時，施工人員必須冒著人身安全的極大風險，從人艙開倉接近刀盤。為了確保施工人員開倉的安全，目前采用地層加固或者建立泥膜以穩定掌子面，但由于地下工程的不確定因素，使得掌子面失穩造成開倉作業失敗乃至作業人員傷亡的惡性事故仍有發生。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于盾構機常壓開倉作業穩定掌子面的裝置，提高盾構機常壓開倉作業的安全性。

本發明通過以下技術方案予以實現：

一種用于盾構機常壓開倉作業穩定掌子面的裝置，包括數個扇形氣囊，所述扇形氣囊嵌入刀盤的相鄰刀桿之間的空擋中，扇形氣囊的平面形狀與兩相鄰刀桿之間的扇形空擋匹配，扇形氣囊的厚度與刀盤厚度相等，扇形氣囊的輸氣管旁接壓力傳感器；扇形氣囊背離盾構機掘進面的一側設有反土沖力機構，所述反土沖力機構沿扇形徑向間隔設置在扇形氣囊一側的兩相鄰刀桿之間，包括徑向桿和位于徑向桿兩端的固定半環，所述徑向桿兩端分別與圓環固定連接，固定半環上部分別與對應的圓環鉸接，固定半環的底部分別垂直固定在相鄰的刀桿上。

本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現。

進一步的，所述扇形氣囊內的氣壓和盾構機掘進掌子面的水平側壓力動態平衡，所述氣壓P＝0.15～0.40Mpa。

進一步的，所述扇形氣囊采用雙層PVC薄膜制成，在雙層PVC薄膜之間夾有碳素纖維布。

進一步的，所述壓力傳感器的測壓范圍為：0.10～2.0Mpa。

一種用于盾構機常壓開倉作業穩定掌子面裝置的裝拆方法，包括以下步驟：

1)扇形氣囊安裝就位

將未充氣的扇形氣囊依次放入兩相鄰刀桿的扇形空擋處，逐個填滿空擋；

2)扇形氣囊充氣成形

先根據掌子面處的水土壓力設定所需的充氣壓力，啟動氣泵，開啟充氣閥門，將壓縮空氣通過輸氣管輸入扇形氣囊內，直至輸氣管旁接的氣壓表指示扇形氣囊氣壓已達到所需的充氣壓力；壓力傳感器將氣壓信號轉換成電信號傳遞給PLC，PLC發訊，氣泵停機，壓縮空氣停止輸入；在常壓開倉作業過程中，當壓力傳感器檢測到扇形氣囊氣壓低于設定壓力值時，PLC發訊啟動氣泵，將壓縮空氣再次輸進扇形氣囊中，如此往復，使得扇形氣囊的氣壓與盾構機面的水平側壓力保持動態平衡；

3)安裝反土沖力機構

按照扇形氣囊的平面形狀，從靠近盾構機主軸承處開始，間隔安裝長度遞增的各根徑向桿；先將徑向桿兩端的圓環分別套入對應的固定半環中，接著將一個固定半環兩端固定在一根刀桿的一側上，再將另一個固定半環兩端固定在相鄰刀桿的一側上，完成一根徑向桿的安裝；以此類推，逐根完成各徑向桿的安裝；

4)常壓開倉作業完成后拆除扇形氣囊