一种双模式掘进机及其盾体密封结构
技术领域
本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种盾体密封结构。本发明还涉及一种双模式掘进机。
背景技术
随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。
在隧道掘进技术领域中，经常需要使用各种大型工程机械，比如隧道掘进机(Tunnel boring machine，TBM)等，能够完成掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工。
传统的掘进机普遍只有单一工作模式，难以应对多种地质交替出现的复杂工况。为解决这一问题，双模掘进机顺势而生，与单模式掘进机相比，双模式掘进机同时存在两种工作模式，即顶管模式和TBM模式。其中，TBM模式主要适用于自稳性强的硬岩地层，而顶管模式主要适用于短距离隧道。
为了满足复杂地质长距离隧道掘进需求，尤其是小断面隧道，无输送皮带机的布置空间，适宜采用泥水平衡出渣方式。当双模式掘进机工作于顶管模式时，可以通过管节支护稳定性较差的地带，通过泥水平衡出渣时，可以配备外部洞门密封密装置，在开挖仓维持一定的泥浆压力，防止泥浆涌入后方，保证设备正常出渣。当双模式掘进机工作于TBM模式时，由于传统TBM掘进机通常采用皮带机的出渣方式，此种出渣模式不存在密封问题，因此传统TBM掘进机一般为敞开式结构设计。但对于采用泥水平衡出渣的TBM和顶管双模掘进机，传统的皮带机出渣方式无法适用，且现有技术中尚无专门针对盾体的密封装置。如果不采用盾体密封措施，则会由于泥浆流动性大，导致在压力作用下涌入后方，会造成排浆压力损失和出渣困难的问题。
因此，如何实现对双模式掘进机在TBM工作模式下的盾体密封，防止排浆压力损失，保证出渣顺畅，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾体密封结构，能够实现对双模式掘进机在TBM工作模式下的盾体密封，防止排浆压力损失，保证出渣顺畅。本发明的另一目的是提供一种双模式掘进机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种盾体密封结构，包括沿周向套设于前盾外壁的前端并与隧道内壁紧密抵接的若干道密封环、沿周向套设于所述前盾外壁的中端并与隧道内壁紧密抵接的止浆环板、沿周向套设于所述前盾外壁的后端并与隧道内壁紧密抵接的盾尾刷，以及填充于所述止浆环板与所述盾尾刷之间的密封材料层。
优选地，还包括套设于所述前盾外表面并与其保持紧贴的外层套管，且所述密封环、所述止浆环板、所述盾尾刷及所述密封材料层均设置在所述外层套管的外壁上。
优选地，所述外层套管的内壁与所述前盾的外壁之间设置有用于调节所述外层套管与隧道内壁的间距的垫环。
优选地，所述盾尾刷的一端连接在所述垫环的外表面上。
优选地，所述外层套管的外壁后端上与所述密封材料层对应的区域内开设有用于与所述盾体上预设的接料管连通、用于引入密封材料的进料口。
优选地，所述密封材料层具体为密封油脂层，且所述止浆环板与所述盾尾刷的表面上均设置有用于防止油脂渗漏的油膜层。
优选地，各道所述密封环的轴向两侧位置均设置有套设于所述外层套管的外壁上、用于夹紧对应的所述密封环的夹紧圈。
优选地，各道所述密封环均为聚氨酯环，且各道所述夹紧圈均为钢圈。
优选地，所述密封环在所述外层套管的外壁上沿轴向方向均匀分布有2～4道。
本发明还提供一种双模式掘进机，包括前盾和设置于所述前盾上的盾体密封结构，其中，所述盾体密封结构具体为上述任一项所述的盾体密封结构。
本发明所提供的盾体密封结构，主要包括密封环、止浆环板、盾尾刷和密封材料层。其中，密封环沿着前盾的周向方向套设在其外壁的前端位置，同时与隧道的内壁保持紧密抵接，主要用于将前盾的前端与隧道内壁之间的缝隙密封，从而防止大部分泥浆从缝隙中泄漏至盾体后端，同时保证挖掘掌子面处的排浆压力不外泄。止浆环板沿着前盾的周向方向套设在其外壁的中端位置，并与隧道内部紧密抵接，主要用于拦截小部分从密封环处泄漏的泥浆碎屑。盾尾刷沿着前盾的周向方向套设在其外壁的后端位置，并与隧道内部紧密抵接，其所起作用与止浆环板相同。密封材料层填充在止浆环板与盾尾刷之间的缝隙空间中，主要用于密封缝隙，防止泥浆碎屑泄漏至盾体尾端。如此，本发明所提供的盾体密封结构，依次通过密封环、止浆环板、盾尾刷和密封材料层对前盾外壁与隧道内壁之间的缝隙空间进行密封、堵塞，能够有效防止大块泥浆和泥浆碎屑从前盾泄漏至机体设备，实现对双模式掘进机在TBM工作模式下的盾体密封，防止排浆压力损失，保证出渣顺畅。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1中所示的前盾前端的局部结构示意图。
图3为图1中所示的前盾后端的局部结构示意图。
图4为本发明所提供的另一种具体实施方式的整体结构示意图。
其中，图1—图4中：
前盾—1，密封环—2，止浆环板—3，盾尾刷—4，密封材料层—5，外层套管—6，垫环—7，接料管—8，夹紧圈—9；
进料口—61。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，盾体密封结构主要包括密封环2、止浆环板3、盾尾刷4和密封材料层5。
其中，密封环2沿着前盾1的周向方向套设在其外壁的前端位置，同时与隧道的内壁保持紧密抵接，主要用于将前盾1的前端与隧道内壁之间的缝隙密封，从而防止大部分泥浆从缝隙中泄漏至盾体后端，同时保证挖掘掌子面处的排浆压力不外泄。
止浆环板3沿着前盾1的周向方向套设在其外壁的中端位置，并与隧道内部紧密抵接，主要用于拦截小部分从密封环2处泄漏的泥浆碎屑。
盾尾刷4沿着前盾1的周向方向套设在其外壁的后端位置，并与隧道内部紧密抵接，其所起作用与止浆环板3相同。
密封材料层5填充在止浆环板3与盾尾刷4之间的缝隙空间中，主要用于密封缝隙，防止泥浆碎屑泄漏至盾体尾端。
如此，本实施例所提供的盾体密封结构，依次通过密封环2、止浆环板3、盾尾刷4和密封材料层5对前盾1外壁与隧道内壁之间的缝隙空间进行密封、堵塞，能够有效防止大块泥浆和泥浆碎屑从前盾1泄漏至机体设备，实现对双模式掘进机在TBM工作模式下的盾体密封，防止排浆压力损失，保证出渣顺畅。
如图2所示，图2为图1中所示的前盾1前端的局部结构示意图。
在本实施例中，双模式掘进机具有设备回退功能，并且在前盾1的外表面上套设有外层套管6，如此设置，当设备回退时，外套管6将留在原地，而前盾1及其余设备在外套管6内部进行回退。具体的，该外层套管6可为钢制套管，其内径与前盾1的外径相当或略小，可紧密套设在外盾的外壁上。同时，外层套管6的轴向长度可与前盾1的轴向长度相当，相应的，密封环2、止浆环板3、盾尾刷4和密封材料层5即可均设置在外层套管6的外壁上。
进一步的，考虑到外层套管6的厚度对前端外壁与隧道内壁之间的缝隙空间造成影响，为方便密封环2、止浆环板3、盾尾刷4和密封材料层5在缝隙空间内的设置和材料尺寸调节、加工，本实施例在外层套管6的内壁与前盾1的外壁之间增设了垫环7。具体的，该垫环7具有预设厚度，并且可通过更换不同规格的垫环7调节垫环7的厚度，以通过不同厚度的垫环7调节外层套管6的外壁与隧道的内壁之间的距离，从而实现对缝隙空间的调节。
如图3所示，图3为图1中所示的前盾1后端的局部结构示意图。
此外，盾尾刷4位于前盾1或外层套管6的后端，为方便盾尾刷4的安装，本实施例中，垫环7的轴向长度大于外层套管6的轴向长度，并且垫环7的尾部伸出外层套管6的端面，从而可将盾尾刷4的一端连接在垫环7的外表面上，比如可通过焊接或紧固件实现螺纹连接。
在关于密封材料层5的一种优选实施例中，该密封材料层5具体可为密封油脂层，从而通过高密度的稠密材料封堵缝隙空间。考虑到密封油脂层在长期使用下会由于蒸发等因素逐渐减少，为及时补充密封油脂层，保证密封油脂层的密封性能，本实施例在外层套管6上开设了进料口61，以与盾体上预设的接料管8连通。具体的，接料管8可从外界设备中引入密封材料，并通过与进料口61的连通将密封材料导入到密封材料层5所在的空间中。
进一步的，为减小密封油脂层的蒸发率或流水速率，防止密封油脂层从止浆环板3或盾尾刷4位置处泄漏，本实施例在止浆环板3和盾尾刷4的表面上均设置了油膜层，从而通过该油膜层的油膜功能防止密封材料流失。
为提高密封环2在外层套管6上的安装稳定性和对缝隙空间的密封性能，本实施例在各道密封环2的轴向两侧位置处均套设有夹紧圈9。具体的，该夹紧圈9沿周向方向套设在外层套管6的外壁上，并且夹紧圈9的侧面与密封环2的侧面保持紧压，从而通过两侧夹紧圈9将中间的密封环2夹紧，进而提高密封环2与外层套管6的外壁、隧道的内壁之间的密封性。
一般的，密封环2可采用聚氨酯环或硬质橡胶环等，而夹紧圈9具体可采用钢圈或铝合金圈等。并且，密封环2可在外层套管6上同时设置2～4道，同时各道密封环2可沿着外层套管6的轴向方向均匀分布。
如图4所示，图4为本发明所提供的另一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的另一种具体实施方式中，前盾1的外壁上也可以不设外层套管6，同时可将密封环2、止浆环板3、盾尾刷4和密封材料层5直接设置在前盾1的外壁表面上。
本实施例还提供一种双模式掘进机，主要包括前盾和设置在前盾上的盾体密封结构，其中，该盾体密封结构的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
