专利连载5:一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和旋转接头的改造 / 开普饭

一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和旋转接头的改造

技术领域

本发明涉及土压平衡盾构土舱中心的渣土搅拌，特别涉及一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和为安装此装置对旋转接头的改造。

背景技术

现今地铁施工主要采用土压平衡盾构机，主驱动一般采用中心支撑式（如图1）。盾构在推进过程中，刀盘1前方刀具切削土体，土体经泡沫等材料进行渣土改良后进入土舱，然后经土舱下部的螺旋输送机34输出，最终运输至地面弃掉。但由于经刀盘中心开口进入土舱中心33的渣土无相对运动，刀盘四个支撑臂3又对土舱中心33渣土下落有阻碍作用，土舱中心33非常容易结泥饼，由于结泥饼导致盾构掘进出现推力大、推进速度慢、超方、喷涌等问题，最终导致盾构无法继续掘进，必须采取进舱清理泥饼方法来解决，严重影响盾构施工安全与进度。由于刀盘隔板31后方安装有旋转接头35（用于盾构渣土改良材料泡沫等的运输通道），为解决土舱中心容易结泥饼之难题，现今常用的办法是土舱中心增加冲水系统或采用中间支撑式的主驱动。但由于土舱中心渣土未进行主动搅拌，结泥饼的现象还时有发生。完全解决盾构土舱中心容易结泥饼的难题的最优办法是对土舱中心的渣土进行充分主动搅拌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和为安装此装置对旋转接头进行改造。在保证旋转接头功能正常的前提下，通过搅拌装置对土舱中心渣土进行充分搅拌，解决了盾构土舱中心容易结泥饼的难题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：

在盾构中心支撑式刀盘隔板中心前、后方安装一主动搅拌装置，由变频电机、减速器、联轴器、传动轴和土舱中心内的搅拌器组成。为不影响盾构旋转接头的正常使用，将实心旋转接头改造为中空的旋转接头。主动搅拌装置的传动轴在改造的旋转接头中心穿过。旋转接头与主动搅拌装置不相互干涉。当刀盘土舱中心需要换刀时，将土舱内的搅拌拆下来，确保换刀正常实施。

本发明的有益效果是通过对盾构旋转接头的改造，将设计的主动搅拌装置安装在刀盘隔板中心前后，在盾构施工过程中可以对刀盘支撑臂内土舱中心的渣土进行充分主动搅拌，提高了土舱中心渣土的流塑性，防止泥饼产生，有效确保盾构施工进度。此设计不仅可以在新造盾构机上使用，也可以对现有旧盾构机进行改造。

附图说明

本说明书包括如下六幅附图：

图1是原中心支撑式刀盘和旋转接头图；

图2是本发明主动搅拌装置和改造的旋转接头图；

图3是主动搅拌装置前视图；

图4是主动搅拌装置后视图；

图5是主动搅拌装置和改造的旋转接头9详图；

图6是主动搅拌装置与刀盘隔板之间密封组件25详图。

图中示出构件、部位及所对应的标记：刀盘1、盾体2、刀盘支撑臂3、泡沫出口4、刀盘驱动部件5、常规旋转接头固定部件6、常规旋转接头旋转部件7、泡沫进口8、主动搅拌装置及改造的旋转接头9、传动轴10、固定筒11、搅拌翼12､法兰盘13､法兰盘组件14､旋转接头固定部件15、旋转接头旋转部件16、注脂口17、密封18、减速机19、变频电机20、联轴器21、轴承套22、轴承23、泡沫进口24、密封组件25、传动轴26、密封垫27、螺栓28、两指聚氨脂密封29、轴承30、刀盘隔板31、泡沫通道32、土舱中心33、螺旋输送机34、常规旋转接头35。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

1）如附图1，旋转接头固定部件6与盾体2固定，旋转接头旋转部件7与刀盘隔板31固定。在常规土压平衡盾构施工中，随着盾构掘进，发泡的泡沫经泡沫进口8、旋转接头固定部件6的通道、旋转接头旋转部件7的通道、泡沫出口4、刀盘支撑臂3的泡沫通道，最后经刀盘面板泡沫出口喷出，对刀盘1前方切削渣土进入改良。根据刀盘面积大小和设计可布置多个泡沫运输通道和泡沫喷口。刀盘驱动部件5经主轴承带动刀盘1、刀盘支撑臂3、刀盘隔板31一同旋转，刀盘上刀具切削刀盘前方土体进入土舱。尤其是经刀盘中心进入土舱中心开口33的渣土无搅拌，导致土舱中心33非常容易结泥饼。

2）如附图2、附图3、附图4所示，对刀盘隔板31进行加工，前后安装主动搅拌装置9并对旋转接头进行改造。在不影响旋转接头正常功能的前提下，搅拌翼12对进入土舱中心33的渣土进行充分搅拌，防止土舱中心33结泥饼。

3）如附图5，改造的旋转接头是在与盾体其它部件不干涉的前提下将旋转接头固定部件15和旋转接头旋转部件16的直径加大，中间是空心的。旋转接头固定部件15与盾体2固定。旋转接头旋转部件16与刀盘隔板31固定。随着盾构掘进，发泡的泡沫经泡沫进口24、旋转接头固定部件15的通道、旋转接头旋转部件16的通道、泡沫通道32、泡沫出口4、刀盘支撑臂3的泡沫通道，最后经刀盘面板泡沫出口喷出，对刀盘1前方切削渣土进入改良。主动搅拌装置9的工作原理如下：变频电机20旋转，经减速机19减速，带动联轴器21、传动轴26、法兰盘组件14、传动轴10、固定筒11旋转，最终带动搅拌翼12在土舱中心33内旋转，对土舱中心33内的渣土进行充分搅拌。变频电机20、减速机19与盾体2固定。传动轴26从改造的旋转接头中间穿过，并经轴承23和轴承30与旋转接头旋转部件16相连接，确保传动轴26的旋转速度与旋转接头旋转部件16（刀盘1）的旋转速度相互独立。

4）如附图5、附图6，由于穿过刀盘隔板31的传动轴26与刀盘隔板31的旋转速度不同，因此设计了密封组件25，防止土舱中心的渣土及泥浆经传动轴26与刀盘隔板31之间的缝隙进入盾体内。在刀盘隔板31与传动轴26之间安装两脂聚氨脂密封29，定期通过注脂口17注入润滑脂，充满旋转接头旋转部件16与传动轴26之间的空隙，对轴承23、轴承30有润滑作用，对两脂聚氨脂密封29有润滑和密封作用，密封18对注入的润滑脂起密封作用。

5）主动搅拌装置及改造的旋转接头9的安装过程：将改造的旋转接头的旋转接头固定部件15和旋转接头旋转部件16整体安装，旋转接头旋转部件16与刀盘隔板31固定，旋转接头固定部件15与盾体2固定。传动轴26外侧依次套上轴承套22、轴承23，然后穿过中空旋转接头，轴承套22与旋转接头旋转部件16固定。从土舱中心依次将轴承30、两指聚氨脂密封29安装至传动轴26与刀盘隔板31空隙之间，将法兰盘组件14突出的正方形销安装进传动轴26前端的凹槽（无间隙配合），通过螺栓28与传动轴26固定。在土舱中心将已经焊接为一体的传动轴10、固定筒11、法兰盘13通过螺栓与法兰盘组件14固定，中间垫上密封垫27。然后通过螺栓将8个搅拌翼12分别与8个固定筒11固定。盾体内安装变频电机20、减速机19、联轴器21，并与传动轴26连接。变频电机20和减速机19的安装支架与盾体2固定。安装完成、使用前通过注脂口17将空隙充满润滑脂，使用过程中定期注入、填充。

搅拌翼12前后分为2组，根据土舱中心空间前一组搅拌翼长度要长于后一组，每组4根并均匀布置。每个搅拌翼都与传动轴相垂直。当在土舱中心33位置需要更换刀具时，依次将搅拌翼12、法兰盘13拆下，然后进行正常换刀，当换刀完成后再安装上。

6）主动搅拌装置可双向旋转、无级调速。为防止土舱中心结泥饼，盾构掘进时先启动主动搅拌装置，然后再转刀盘1，刀盘1旋转方向与搅拌翼12旋转方向应相反，停机时先停刀盘1，再停主动搅拌装置。

7）本发明可用于新造盾构机或对旧盾构机进行改造，尤其适应于现今常用的Ф6250mm和Ф6440mm等中小直径土压平衡盾构机。

以上所述只是用图解说明本发明一种土压平衡盾构土舱中心主动搅拌装置和旋转接头的改造的一些原理及功能，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，尤其是通过对旋转接头改造对土舱中心进行主动搅拌的方法均属于本发明所申请的专利范围。