盾构机刀箱密封结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种盾构机刀箱密封结构及其安装方法。

背景技术

在进行含有大量花岗岩的隧道施工时，由于花岗岩硬度较大，使用盾构法进行隧道施工过程中盾构机推力较高、刀盘振动较大，引起刀筒轻微摆动，反复挤压刀箱与刀筒间的密封结构，造成密封结构变形损坏，从而导致密封失效出现渗漏现象。为解决此类密封失效问题，则将原密封圈(丁腈橡胶)改用为聚氨酯等不同材质、不同厚度的传统O型密封圈，但密封效果有限，仍然频繁出现密封损坏现象。密封损坏的主要原因是密封结构频繁受到刀筒反复摆动的挤压力，致使密封材质受到动态应力疲劳破坏或变形，而上述方案仅从材质方面改进，并不能应对动态应力造成的疲劳破坏和变形，虽短期内有所改善，但在长期作用下仍会受损破坏或变形，导致渗漏现象。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提供了一种盾构机刀箱密封结构及其安装方法，解决了现有技术中传统O型密封圈容易受损破坏或变形而导致渗漏的技术问题。

第一方面，本发明公开了一种盾构机刀箱密封结构，包括用于安装在刀箱与刀筒之间的密封圈，该刀箱的内周壁上开设有密封凹槽，该密封圈自外向内包括用于过盈配合地嵌设于该密封凹槽的外周部、以及用于封堵在该刀筒与该刀箱之间缝隙处的内周部，该内周部朝向迎水面的一侧沿周向开设有一圈用于为该密封圈提供弹性形变空间的迎水槽。

本发明的盾构机刀箱密封结构进一步改进在于，该迎水槽的远离所述外周部一侧的槽壁为斜面，且该迎水槽呈自槽底向槽口宽度逐渐增大的喇叭口状。

本发明的盾构机刀箱密封结构进一步改进在于，该迎水槽的槽口处的宽度小于该密封圈厚度的一半。

本发明的盾构机刀箱密封结构进一步改进在于，该内周部相对内侧和该外周部相对外侧分别形成用于接触该刀筒和该刀箱的接触面。

本发明的盾构机刀箱密封结构进一步改进在于，该密封圈采用聚氨酯材料制成。

第二方面，本发明还提供了一种采用如上所述的盾构机刀箱Y型密封结构的安装方法，盾构机的刀箱上安装有安全闸门，包括如下步骤：关闭该安全闸门；将刀筒从刀箱中抽出，使刀箱的密封凹槽露出；将密封圈以迎水槽朝向迎水面的状态套设于该刀筒，然后将密封圈的外周部过盈配合地嵌入刀箱的密封凹槽中，且将内周部封堵在该刀筒与该刀箱之间缝隙处；再将该刀筒推入该刀箱中；打开该安全闸门。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明通过改变原有的密封结构，解决了现有技术中传统O型密封圈容易受损破坏或变形而导致渗漏的技术问题。本发明通过材质密封和结构密封双重作用下，大大增强了其密封效果。同时，通过改变密封结构，也缓解了密封承受的部分动态应力，避免了由于密封结构疲劳受损或变形导致的密封失效问题。本发明还减少盾构机因更换密封停止推进所消耗的时间，缩短施工周期，降低施工成本，且降低由于密封失效而渗漏水造成其他设施损坏的风险，减少维修时间，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的盾构机刀箱密封结构的安装位置示意图。

图2为本发明的盾构机刀箱密封结构的密封圈横截面剖面图。

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。

如图1和图2所示，本发明提供了盾构机刀箱5密封结构，包括用于安装在刀箱5与刀筒2之间的密封圈4，该刀箱5的内周壁上开设有密封凹槽，该密封圈4自外向内包括用于过盈配合地嵌设于该密封凹槽的外周部、以及用于封堵在该刀筒2与该刀箱5之间缝隙处的内周部，该内周部朝向迎水面的一侧沿周向开设有一圈用于为该密封圈4提供弹性形变空间的迎水槽6。密封圈4的尺寸与密封凹槽尺寸相贴合，且可适当提高厚度增加压密量。迎水面的方向如图2中A箭头所示，密封圈4嵌设至密封凹槽的方向如图2中B箭头所示，本发明通过改变密封结构强化密封效果，并通过密封圈4的迎水槽6解决了刀筒2反复摆动的动态应力破坏问题，从而解决了现有技术中采用盾构机施工硬度较大区域的隧道时，盾构机的刀箱5与刀筒2之间密封损坏或变形的技术问题。本发明强化了刀箱5与刀筒2间的密封效果，提高了密封的耐久性。

优选的，该迎水槽6的远离所述外周部一侧的槽壁为斜面，且该迎水槽6呈自槽底向槽口宽度逐渐增大的喇叭口状。该喇叭口的开口角度为21°。进一步地，该迎水槽6靠近刀筒2的一侧为斜面，远离刀筒2的一面为与刀筒2平行的平面，形成为一侧倾斜的喇叭口，从而可保证靠近刀箱5的一侧与密封凹槽卡紧，不易被磨损，而喇叭口的位置易因振动而凸出密封凹槽，从而拦挡在刀筒2与刀箱5之间的缝隙处，迎水槽6遇到迎水面时，在水压的作用下迎水槽6发生扩张起到结构密封的效果，且刀箱5密封圈4的尾部在刀箱5与刀筒2间压密作用下也起到部分密封效果。同时，由于密封圈4的喇叭口具有一定活动余量，则可大大缓解由于刀筒2反复摆动造成的动态应力，避免密封圈4在动态应力作用下疲劳受损或变形。

优选的，该迎水槽6的槽口处的宽度小于该密封圈4厚度的一半，从而保证密封圈4靠近刀箱5的一侧与密封凹槽紧密嵌设，使密封圈4固定更加牢固。

优选的，该内周部相对内侧和该外周部相对外侧分别形成用于接触该刀筒2和该刀箱5的接触面。具体的，该密封圈4的横截面呈矩形，从而更适配密封凹槽的形状，相比于圆形的密封圈4的厚度一致，边缘位置由于厚度较大而更不易损坏。本实施例中，该密封圈4的横截面为8mm的正方形，正方形的角部均形成有1mm半径的圆角，喇叭口的底部形成为0.5mm半径的圆角，该喇叭口开设于密封圈4一半的位置。

优选的，该密封圈4采用聚氨酯材料制成。软质聚氨酯主要是具有热塑性的线性结构，它比PVC发泡材料有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性。隔热、隔音、抗震、防毒性能良好。从而具有良好的耐磨性能，使密封圈4不易被磨损和变形。

另一方面，本发明还提供了一种采用如上所述的盾构机刀箱5Y型密封结构的安装方法，盾构机的刀箱5上安装有安全闸门3，包括如下步骤：关闭该安全闸门3；将刀筒2从刀箱5中抽出，使刀箱5的密封凹槽露出；将密封圈4以迎水槽6朝向迎水面的状态套设于该刀筒2，然后将密封圈4的外周部过盈配合地嵌入刀箱5的密封凹槽中，且将内周部封堵在该刀筒2与该刀箱5之间缝隙处；再将该刀筒2推入该刀箱5中；打开该安全闸门3。

当刀箱5密封损坏需要更换时，还应采用风枪拆除刀筒2固定螺栓1，在安装液压油缸抽出刀筒2前，须关闭刀箱5的安全闸门3，最后方可更换安装密封圈4，密封圈4应完整牢固地嵌入刀箱5凹槽内。刀筒2回装则反之依次回装，且在刀筒2回装过程中应确保密封圈4不被扰动破坏。

本发明通过改变原有的密封结构，解决了现有技术中传统O型密封圈容易受损破坏或变形而导致渗漏的技术问题。本发明通过材质密封和结构密封双重作用下，大大增强了其密封效果。同时，通过改变密封结构，也缓解了密封承受的部分动态应力，避免了由于密封结构疲劳受损或变形导致的密封失效问题。本发明还减少盾构机因更换密封停止推进所消耗的时间，缩短施工周期，降低施工成本，且降低由于密封失效而渗漏水造成其他设施损坏的风险，减少维修时间，提高工作效率。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。