采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置以及方法

技术领域

本发明涉及盾体外黏附物处理领域。更具体地说，本发明涉及一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置以及方法。

背景技术

盾构机在掘进过程中整体移动时的推力主要靠盾尾油缸推力与刀盘向前的掘进，盾体周围整体光滑无其余设备，当盾构机的在盾构掘进过程中由于周围土体的粘性较大，或在盾构掘进当中遇到某种粘性物体，此时，黏附物增加了盾构机向前移动时的相对摩擦力，此时盾体的姿态会受到黏附物的影响发生偏移，甚至严重情况会导致盾构机的掘进线路出现较大的偏差从而使得盾体接收时的风险较大。目前，盾体周围的黏附物出现后只有增大盾构机推力与转动盾体方式使得黏附物受周围土体摩擦脱落，这种方式在小的黏附体存在时或有作用，当黏附物体较大或影响面积较广时，此时黏附物体的清除手段需要专门的针对措施。

针对现有的盾构机设备情况，在掘进过程中另外进行周围土体挖掘显然是不行的，会影响到盾构机周围土体的稳定性。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，一方面，本发明的一实施方案提供了一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置，包括盾尾冷冻管路、冷冻液输送装置、热水保温管路、热水管泵，所述盾尾冷冻管路内嵌入盾构机尾部的内壁，所述冷冻液输送装置连接于所述盾尾冷冻管路，以向所述盾尾冷冻管路推送冷冻液，所述热水保温管路设置在盾构机外壳的内壁上。

优选地，所述盾尾冷冻管路由多个冷冻管道并联而成，且相邻两个冷冻管道之间采用U型连接管进行连接。

优选地，所述热水保温管路包括热水箱、热水泵以及热水管道，所述热水管道包括主热水管道和多个分支热水管道，所述主热水管道一端连通于所述热水箱，另一端连通于所述分支热水管道连通；所述主热水管道上安装有所述热水泵；

所述盾构机外壳上设置有径向孔，所述分支热水管道穿过所述径向孔贴附在盾构机外壳的内壁上。

优选地，所述分支热水管道上安装有球阀，以控制所述分支热水管道的启闭，每个冷冻管道上均安装有阀门。

另一方面，本发明的一实施方案提供一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置的方法，包括以下步骤：

S1、冷冻前准备；

S2、利用盾尾冷冻管路对黏附物进行冷冻处理；

S3、黏附物清除。

优选地，

所述步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：

C1、利用热水保温管路对黏附物进行加热处理；

C2、利用盾尾冷冻管路和热水保温管路对黏附物进行冷热交替处理；

优选地，

S1、冷冻前准备，具体包括以下步骤：

S11、确定黏附物在盾构机上的大概方位，将盾构机掘进设备停止，开启盾尾冷冻管路上的阀门；

S12、启动黏附物检测系统，检测黏附物的具体位置以及黏附情况。

优选地，

S2、利用盾尾冷冻管路对黏附物进行冷冻处理，具体包括以下步骤：

S21、根据黏附物的范围，开启对应位置的冷冻管道，同时每隔一段时间进行盾体内壁测温；

S22、当盾体内壁温度低于0°后，保持温度不变，持续进行冷冻，并检测附着物部分盾体的形变变化；

S23、持续冷冻3-5小时后，附着物部分盾体的形变不再发生变化后停止进行冷冻。

优选地，

C1、利用热水保温管路对黏附物进行加热处理；具体包括以下步骤：

C11、根据黏附物体的范围，打开距离较近的径向孔，通过径向孔将加热导管伸出到黏附体位置；

C12、打开加热热水阀门，通过热水进行对黏附体的快速升温；

C2、利用盾尾冷冻管路和热水保温管路对黏附物进行冷热交替处理，具体包括以下步骤：

当加热2-3小时后，收回热水管路，并重复步骤S2的冷冻步骤，并在结束后再次重复步骤S3的加热步骤，将黏附物进行冷冻、加热交替措施，从而减少其粘度；

S3、黏附物清除，具体包括以下步骤：

开启盾构机，通过小范围盾体转动，并测试盾体外部的黏附物的附着面积与深度，从而确认黏附体是否全部清理完毕。

优选地，在步骤S11中，确定黏附物在盾构机上的大概方位，具体包括以下步骤：

A、在盾构机未掘进前或盾构机盾体未出现变形前，在盾构机盾体同一环面上布置不同测点，利用全站仪测量出盾构机盾体椭圆度及凹凸变形情况，利用数据拟合进行处理作为原始数据；

B、在掘进中当需要进行盾体变形或盾体黏附物检测时，在待测盾体断面上进行不同测点布置，利用全站仪，测量盾体钢壳同一断面不同测点拟合成圆，与初始测量数据对比反映整圆椭变和凹凸变形情况；

C、比较变形前与变形后的盾体断面拟合圆情况，绘制类同心圆，标定出两者差异性较为明显的区段，设定为已变形区段；

D、对已变形区段进行超声波细部检测，利用超声波探测法对盾体进行超声波探测，分析相应的探测频谱，评判已变形区段盾体的声速、振幅及衰减系数，确定盾体黏附物的分布、面积及强度。

本发明至少包括以下有益效果：本发明采用冷冻法，使用冷冻管对周围黏附物进行冻结，在冻结后再通过盾体上的径向孔进行热水浇注，通过冷热交替，改变黏附物体的物理性质，从而使得粘附性降低，而后从盾体上脱落。

(1)本施工方法原理简单，采用冷热交替降低物体的黏附特性，从而直接将黏附物体进行去除；

(2)本装置利用盾构机盾尾本身配套的冷冻装置通过盾尾冷冻管路直接对黏附物进行冻结处理，无另加设备进行处理，降低了施工成本。

(3)采用冷冻法以及冻融法(先冷冻，再加热的处理方式)进行黏附物体的处理，能够有效清除盾体外部的黏附物体，增加盾构掘进效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中一实施方案中基于采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置采用冻结法处理黏附物的示意图。

图2为本发明中一实施方案中基于采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置采用冻融法处理黏附物的示意图。

图3为本发明一实施方案中热水管道的结构示意图。

图4为本发明中一实施方案中步骤S11中确定黏附物在盾构机上的大概方位的结构分布示意图。

图5为本发明中一实施方案中盾构机盾体变形、凹凸性的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1-5所示，一方面，本发明的一实施方案提供了一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的装置，包括盾尾冷冻管路1、冷冻液输送装置2、热水保温管路3、热水管泵，所述盾尾冷冻管路1内嵌入盾构机尾部的内壁，所述冷冻液输送装置2连接于所述盾尾冷冻管路1，以向所述盾尾冷冻管路1推送冷冻液，所述热水保温管路3设置在盾构机外壳的内壁上。

冷冻液输送装置2通过连接管道5向盾尾冷冻管路1推送冷冻液，

所述盾尾冷冻管路1由多个冷冻管道并联而成，且相邻两个冷冻管道之间采用U型连接管进行连接，其中，盾构机盾尾的配套设备中会自带冷冻装置，对盾尾冷冻管路1的冷冻液进行冷冻处理。

本装置利用盾构机盾尾本身配套的冷冻装置通过盾尾冷冻管路直接对黏附物进行冻结处理，无另加设备进行处理，降低了施工成本。还可以采用冻融法(先冷冻，再加热的处理方式)进行黏附物体的处理，能够有效清除盾体外部的黏附物体，增加盾构掘进效率。

所述热水保温管路3包括热水箱310、热水泵以及热水管道320，所述热水管道320包括主热水管道321和多个分支热水管道322，所述主热水管道321一端连通于所述热水箱310，另一端连通于所述分支热水管道322连通；所述主热水管道321上安装有所述热水泵；

所述盾构机外壳上设置有径向孔，所述分支热水管道322穿过所述径向孔贴附在盾构机外壳的内壁上。这样热水覆盖面更广，保证每个位置都可以被热水加热到。

所述分支热水管道322上安装有球阀，以控制所述分支热水管道322的启闭，每个冷冻管道上均安装有阀门。便于根据粘附物的实际位置选择其中的相应位置的分支热水管道322，进行精准加热。

所述分支热水管道322沿着所述盾构机外壳的内壁环向均匀分布，这样可以保证任意位置的黏附物都可以被进行加热处理。

实施例1(采用冷冻法处理盾体外的黏附物体)

一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的方法，包括以下步骤：

S1、冷冻前准备；

S11、确定黏附物在盾构机上的大概方位，将盾构机掘进设备停止，开启盾尾冷冻管路上的阀门；

S12、启动黏附物检测系统。

S2、利用盾尾冷冻管路对黏附物进行冷冻处理；

S21、根据黏附物的范围，开启对应位置的冷冻管道，同时每隔一段时间进行盾体内壁测温；

S22、当盾体内壁温度低于0°后，保持温度不变，持续进行冷冻，并检测附着物部分盾体的形变变化；

S23、持续冷冻3-5小时后，附着物部分盾体的形变不再发生变化后停止进行冷冻。

S5、黏附物清除。

开启盾构机，通过小范围盾体转动，并测试盾体外部的黏附物的附着面积与深度，从而确认黏附体是否全部清理完毕。

实施例2(采用冻融法处理盾体外的黏附物体)

一种采用盾尾冷冻管与热管处理盾体外黏附物的方法，包括以下步骤：

S1、冷冻前准备；

S11、确定黏附物在盾构机上的大概方位，将盾构机掘进设备停止，开启盾尾冷冻管路上的阀门；

S12、启动黏附物检测系统。

S2、利用盾尾冷冻管路对黏附物进行冷冻处理；

S21、根据黏附物的范围，开启对应位置的冷冻管道，同时每隔一段时间进行盾体内壁测温；

S22、当盾体内壁温度低于0°后，保持温度不变，持续进行冷冻，并检测附着物部分盾体的形变变化；

S23、持续冷冻3-5小时后，附着物部分盾体的形变不再发生变化后停止进行冷冻。

S3、利用热水保温管路对黏附物进行加热处理；

S31、根据黏附物体的范围，打开距离较近的径向孔，通过径向孔将加热导管伸出到黏附体位置；

S32、打开加热热水阀门，通过热水进行对黏附体的快速升温；

S4、利用盾尾冷冻管路和热水保温管路对黏附物进行冷热交替处理；

当加热2-3小时后，收回热水管路，并重复步骤S2的冷冻步骤，并在结束后再次重复步骤S3的加热步骤，将黏附物进行冷冻、加热交替措施，从而减少其粘度。

S5、黏附物清除。

开启盾构机，通过小范围盾体转动，并测试盾体外部的黏附物的附着面积与深度，从而确认黏附体是否全部清理完毕。

盾构机壳体6上布置有测点7，测量盾构机壳体6上测点的坐标的全站仪8，三脚架9上放置有全站仪8，当前盾体的变形点有4处，分别为10、11、12、13，盾体设计曲线14，超声波发射装置15，超声波探测的超声波16。

其中，在实施例1和实施例2中，在步骤S11中，确定黏附物在盾构机上的大概方位，具体包括以下步骤：

A、在盾构机未掘进前或盾构机盾体未出现变形前，在盾构机盾体同一环面上布置不同测点，利用全站仪测量出盾构机盾体椭圆度及凹凸变形情况，利用数据拟合进行处理作为原始数据；

B、在掘进中当需要进行盾体变形或盾体黏附物检测时，在待测盾体断面上进行不同测点布置，利用全站仪，测量盾体钢壳同一断面不同测点拟合成圆，与初始测量数据对比反映整圆椭变和凹凸变形情况；

C、比较变形前与变形后的盾体断面拟合圆情况，绘制类同心圆，标定出两者差异性较为明显的区段，设定为已变形区段；

D、对已变形区段进行超声波细部检测，利用超声波探测法对盾体进行超声波探测，分析相应的探测频谱，评判已变形区段盾体的声速、振幅及衰减系数，确定盾体黏附物的分布、面积及强度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。