一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置的制作方法

1.本发明涉及地下工程隧道盾构施工技术领域，具体涉及一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置。


背景技术：

2.盾构机在掘进时，未安装管片之前，主要靠盾体支撑，以防止土体的塌落。管片在盾尾位置拼装后由推进千斤顶推动盾体连续向前移动，同时已经拼装完成的管片从盾尾逐渐脱出，此过程中盾尾和拼装完成的管片间存在相对滑动。由于管片外径小于盾体内径，因此管片外缘与盾构机的盾壳内缘之间存在一定的空隙，施工中常称作为盾尾间隙，为了防止盾体外部的地层土体、地下水以及注浆浆液等通过此间隙进入盾构内，须对盾尾间隙部位进行密封处理。目前盾尾密封系统通常是采用环形盾尾钢丝刷 密封油脂的形式，前后两道或三道或四道盾尾刷与盾壳、管片之间形成一至三个环形空腔，再向空腔内泵送油脂并保持设定的压力，从而起到密封止水、止浆的效果。
3.然而，实际施工中，盾尾密封系统常因盾尾刷弹性性能下降、磨损，油脂腔进入杂物等状况，使得密封性能下降甚至完全失效，发生快速涌水、涌砂现象，引发隧道透水坍塌。因此，在掘进过程中盾尾密封系统中设置应急处理装置，防止渗漏危害进一步发展，具有重要的意义。
4.当前的已有一些盾尾紧急密封装置专利，如中国专利第“201910703848.3”号，公开“一种盾尾紧急密封装置”，采用机械式的密封挡板进行盾尾密封；又如中国专利第“201420037774.2”号，公开“一种用于盾构涌水事故抢险的紧急密封装置”，采用机械式的弧形楔形块对盾尾进行密封；又如中国专利第“201210070816.2”号，公开“盾构机用盾尾紧急密封装置及其安装结构”，通过盾构机壳体和片间的环形橡胶管对对盾尾进行密封。这些专利存在着简单机械结构密封效果不佳，一次性装置无法回收使用，效果单一、只可用于盾尾完全失效情况下的紧急避险，以及会缩减盾尾间隙挤压刚拼装的管片环，严重时挤坏管片环、带来管片拼装等缺陷。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，防止盾尾密封系统发生渗漏后进一步发展造成工程事故，本发明提供了一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置，在油脂压力自动监测的基础上，当油脂压力低于设定压力的情况下，气囊快速膨胀挤压油脂腔中的油脂能够短时间保持油脂腔内密封油脂的油脂压力稳定，发出相应的预警，工程技术人员立刻投入检查盾尾密封、油脂泵送系统，多数情况下的问题可以快速解决；即使在盾尾密封系统失效后，该装置能够紧急临时密封盾尾间隙，阻止渗漏危害进一步发展，为人员疏散、停机检修提供时间；最后该装置暗藏于油脂腔中的盾壳内缘的凹槽中，且不会缩减盾尾间隙大小，影响管片的正常拼装。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置，其特征在于：所述装置由盾壳、管片、盾尾刷、气囊、油脂压力传感器、浆液、密封油脂、气囊挡板、电控气阀、压力稳定器、空气压缩机、输气管、警示器组成，前后道盾尾刷以及盾壳、管片之间形成油脂腔，油脂腔上部设置有气囊，油脂腔密封时气囊保持收缩状；
8.当油脂腔发生泄漏时，油脂压力传感器检测到密封油脂的压力值降低，警示器示警，并自动打开电控气阀，对气囊进行注气，气囊迅速膨胀填补密封油脂的泄漏体积，短时间内能够保持油脂腔内密封油脂的油脂压力稳定，从而保证盾尾密封系统不发生泄漏；
9.当盾尾刷发生破损，壁后浆液发生渗漏时，油脂压力传感器检测到密封油脂的压力值迅速降低，警示器示警，并自动控制打开电控气阀，对气囊注气，气囊迅速膨胀阻断前后空间，封堵浆液的渗漏通道。
10.进一步地，所述盾壳于前后两道盾尾刷之间的内部开有一圈环形凹槽，凹槽内收缩状气囊呈环状围绕盾壳内部，凹槽开口处设有气囊挡板分隔凹槽内外。
11.进一步地，所述气囊通过输气管经由电控气阀、压力稳定器与空气压缩机相连接，收缩时置于盾壳凹槽内，注气后膨胀顶开气囊挡板进入到油脂腔内，解决渗漏问题后可对气囊进行泄气，油脂腔加压可实现气囊收缩，收缩后的气囊重新收回盾壳凹槽内，可重复使用。
12.进一步地，所述油脂压力传感器设置于前后道盾尾刷间的盾壳内部，油脂压力传感器通过数据线与电控气阀和警示器相连，当油脂压力传感器检测到油脂腔内的密封油脂压力低于预设值时，警示器示警并自动打开电控气阀，空气压缩机压缩空气经由压力稳定器稳压后注入到气囊内。
13.进一步地，所述气囊挡板由挡板、转轴、弹簧组成，多块挡板通过转轴相互搭接设置于气囊凹槽外部边沿，呈环状围绕盾壳内部，挡板端部转轴轴心处安装有弹簧，在弹簧弹力的作用下气囊挡板在气囊收缩状时保持关闭，气囊挡板分隔凹槽内外起到保护气囊的作用，当气囊膨胀时，膨胀的气囊顶开气囊挡板，对膨胀的气囊泄气后气囊挡板重新回弹关闭并封闭该气囊凹槽。
14.有益效果
15.本发明可以在自动监测盾尾密封失效的全过程，并采取相应的措施。首先，当可能出现油脂泵送系统故障导致油脂不能及时足量注入盾尾环形间隙中引起油脂压力降低时，气囊的压气膨胀可以短时间内维持油脂腔中油脂的压力，并发出预警；其次，即使由于盾尾刷损坏导致盾尾密封系统完全失效的情况下，气囊也能膨胀压紧管片环外缘形成一道环形的应急密封环，防止发生涌水、涌砂现象，防止隧道涌水涌砂盾构机被埋甚至隧道管片环坍塌等进一步危害；最后，该装置属于暗藏式，并不影响盾尾间隙、油脂注入和挤压管片等，同时盾尾密封系统修复完成后，当油脂压力不断提高时，气囊会自动收缩进盾壳内缘凹槽内，气囊挡板在扭矩弹簧作用下自动封闭气囊凹槽，从而使得该密封装置能够重复多次使用，大幅节约工程造价、经济效益显著。
附图说明：
16.图1是本发明提供的一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置的收缩状气囊结构示意图；
17.图2是本发明提供的一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置的半膨胀状气囊工作示意图；
18.图3是本发明提供的一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置的膨胀状气囊工作示意图；
19.图4是图1中气囊挡板结构示意图；
20.图5是图1中收缩状气囊环绕盾壳示意图。
21.在附图1-5中
22.盾壳1、管片2、盾尾刷3、气囊4、油脂压力传感器5、浆液6、密封油脂7、气囊挡板8、电控气阀9、压力稳定器10、空气压缩机11、输气管12、警示器13、挡板14、弹簧15、转轴16。
具体实施方式：
23.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
24.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种盾尾刷-油脂腔密封系统渗漏应急密封装置，包括盾壳1、管片2、盾尾刷3、气囊4、油脂压力传感器5、浆液6、密封油脂7、气囊挡板8、电控气阀9、压力稳定器10、空气压缩机11、输气管12、警示器13组成，前后道盾尾刷3以及盾壳1、管片2之间形成油脂腔，油脂腔上部设置有气囊4。
25.盾壳1于前后道盾尾刷3之间的内部开有一圈环形凹槽，凹槽内收缩状气囊4呈环状围绕盾壳1内部，凹槽开口处设有气囊挡板8分隔凹槽内外。
26.气囊4通过输气管12经由电控气阀9、压力稳定器10与空气压缩机11相连接，收缩时置于盾壳1凹槽内，注气后膨胀顶开气囊挡板8进入到油脂腔内，解决渗漏问题后可对气囊4进行泄气，使气囊4重新收缩回盾壳1凹槽内，可供重复使用。
27.油脂压力传感器5设置于前后道盾尾刷3间的盾壳1内部，油脂压力传感器5通过数据线与电控气阀9和警示器13相连，当油脂压力传感器5检测到油脂腔内的密封油脂7压力低于预设值时，警示器13示警并自动打开电控气阀9，空气压缩机11压缩空气经由压力稳定器10稳压后注入到气囊4内。
28.气囊挡板8由挡板14、转轴16、弹簧15组成，多块挡板14通过转轴16相互搭接设置于气囊4凹槽外部边沿，呈环状围绕盾壳1内部，挡板14端部转轴16轴心处安装有弹簧15，在弹簧15弹力的作用下气囊挡板8在气囊4收缩状时保持关闭，气囊挡板8分隔凹槽内外，起到保护气囊4的作用，当气囊4膨胀时，膨胀的气囊4顶开气囊挡板8，对膨胀的气囊4泄气后气囊挡板8重新回弹关闭。
29.工作原理
30.对于本专利，油脂腔密封时气囊4保持收缩状；当油脂腔发生泄漏时，油脂压力传感器5检测到密封油脂7的压力值降低，警示器13示警，自动打开电控气阀9，空气压缩机11压缩空气经由压力稳定器10稳压后注入到气囊4内，气囊4迅速膨胀填补密封油脂7的泄漏体积，短时间内能够保持油脂腔内密封油脂7的油脂压力稳定，从而保证盾尾密封系统不发生泄漏；当盾尾刷3发生破损，壁后浆液6发生渗漏时，油脂压力传感器5检测到密封油脂7的压力值迅速降低，警示器13示警，自动控制打开电控气阀9，对气囊4注气，气囊4迅速膨胀阻断前后空间，封堵浆液6的渗漏通道。该装置可以短时间维持密封系统的稳定，并在盾尾密
封系统失效后，紧急密封盾尾间隙，阻止盾尾密封系统发生渗漏后进一步发展引发工程事故。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。