CN112610228B - 盾尾刷的快速更换方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾尾刷的快速更换方法，其中盾尾刷是由多个盾尾刷组件拼接而成的环形盾尾刷，盾尾刷设置于预设的盾尾结构中的盾壳内圈内表面，并且盾壳内圈能够相对于盾尾结构中的盾壳外圈转动，方法包括：选取目标操作点位；以及利用预设的旋转驱动装置，转动盾壳内圈，使得多个盾尾刷组件依次到达目标操作点位处，并将依次到达目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。实现了操作人员可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间。并且，通过盾壳内圈的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。

Description

盾尾刷的快速更换方法

技术领域

本申请涉及盾构隧道施工领域，特别是涉及一种盾尾刷的快速更换方法。

背景技术

盾尾主要负责盾构机密封和隧道掘进过程中的同步注浆功能。基于隧道建设土质条件、水压和注浆压力的综合作用条件，盾尾一般设置多道盾尾刷，相邻近的盾尾刷与预先拼装管片外表面之间形成油脂腔，同时为了防止最外侧的注浆浆液的浸入造成盾尾刷刚度过大，脱刷压迫管片造成损伤，因此在盾尾最外侧设置一圈钢板束。

盾尾刷与管片压紧接触和油脂腔内充油脂，阻止了水、砂浆等沿管片背部回流进入盾构机内部，是防止盾尾发生涌砂、涌泥的关键密封措施。盾尾刷的正常使用寿命为2000m，超过使用寿命容易造成盾尾密封失效。在盾构机掘进过程中，由于盾构机的姿态纠偏、曲线段拟合、油脂注入量不足、注入不及时等原因会造成盾尾刷的提前失效。依据盾尾漏浆程度判定盾尾刷更换标准，除了渗漏量已经无法满足注浆要求，漏浆轻微状态下可以使用棉条进行堵漏。

目前，洞内更换盾尾刷承受着高地应力、高水压的复杂环境，受到推进千斤顶、预拼装管片遮挡等空间效应的影响，需要进行管片拆除、盾尾刷切割和焊接等多项作业，面临着复杂施工工序、施工过程时间长和施工危险。因此，现有的盾尾刷的更换方法存在着以下不足：

1.更换盾尾刷时耗时较长，导致盾构机停机时间增加，在不均匀压力作用下，造成盾尾间隙分布不均匀；

2.推进千斤顶的伸长量有限，需要设置钢支撑，阻碍了盾尾刷的更新；

3.更新盾尾刷需要连续依次回缩和伸长千斤顶，随着时间的增加，土仓压力的增大，容易使盾构机后退；

4.在盾尾更换盾尾刷时，遵从由上往下、由内而外的顺序，操作人员逐次逐序依照点位的进行拆除点位、油脂腔清理、盾尾刷切割、清理、盾尾刷焊接、盾尾刷油脂涂抹、恢复点位的循环操作，费力且受到空间位置的影响非常大，施工非常不方便；

5.更换盾尾刷需要相对干净且干燥的施工环境，盾尾底部由于泥浆的涌入很难达到要求。

针对上述的现有技术中存在的以上技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种盾尾刷的快速更换方法，以至少解决现有技术中存在的上述技术问题。

根据本申请，提供了一种盾尾刷的快速更换方法，其中盾尾刷是由多个盾尾刷组件拼接而成的环形盾尾刷，盾尾刷设置于预设的盾尾结构中的盾壳内圈内表面，并且盾壳内圈能够相对于盾尾结构中的盾壳外圈转动，方法包括：选取目标操作点位；以及利用预设的旋转驱动装置，转动盾壳内圈，使得多个盾尾刷组件依次到达目标操作点位处，并将依次到达目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。

从而，本实施例提出的盾尾刷的快速更换方式，操作人员选取一个目标操作点位后，可以利用预设的旋转驱动装置(例如电动机)，转动盾壳内圈，使得环形盾尾刷包含的多个盾尾刷组件依次到达操作人员选取的目标操作点位处，从而操作人员可以将依次到达该目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。从而，实现了操作人员可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间。并且，通过盾壳内圈的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。并且，由于更换盾尾刷期间，仅需要拆除一处钢支撑，保证了千斤顶推力的均匀分布和掌子面的压力平衡。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1示出了根据本公开的具体实施方式的盾构机的剖视图；

图2示出了根据本公开的具体实施方式的第一个方面所述的盾尾结构的整体布局图；

图3示出了根据本公开的具体实施方式的装配后的盾尾结构的一个示意图；

图4示出了根据本公开的具体实施方式的装配后的盾尾结构的另一个示意图；

图5示出了根据本公开的具体实施方式的盾壳内圈的详图；

图6示出了根据本公开的具体实施方式的保持架的示意图；

图7示出了根据本公开的具体实施方式的滚针的示意图；

图8示出了根据本公开的具体实施方式的滚针的分块示意图；

图9示出了根据本公开的具体实施方式的透视下的盾壳外圈的详图；

图10示出了根据本公开的具体实施方式的管线的详图；

图11示出了根据本公开的具体实施方式的装配后的盾尾结构的横断面示意图；

图12示出了根据本公开的具体实施方式的油脂注入管的示意图；

图13示出了根据本公开的具体实施方式的同步注浆管的示意图；

图14示出了根据本公开的具体实施方式的润滑油注入管的示意图；以及

图15示出了根据本公开的具体实施方式的第二个方面所述的盾尾刷的快速更换方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

根据本实施例的一个方面，提供了一种盾构机的盾尾结构。图1示出了本实施例所述的盾构机的剖视图，图2示出了本实施例所述的盾尾结构的整体布局图，图3示出了本实施例所述的装配后的盾尾结构的一个示意图，图4示出了本实施例所述的装配后的盾尾结构的另一个示意图。参考图1至图4所示，盾尾结构包括：盾壳外圈100、盾壳内圈200、滚动件300以及传动件400，其中滚动件300设置于盾壳外圈100和盾壳内圈200之间，使得盾壳内圈200能够相对于盾壳外圈100转动；传动件400用于与盾壳内圈200和预设的旋转驱动装置配合，利用旋转驱动装置产生的动力实现盾壳内圈200的转动；以及盾壳内圈200的内表面设置有至少一道用于放置盾尾刷的盾尾刷槽210。

正如背景技术中所述，洞内更换盾尾刷承受着高地应力、高水压的复杂环境，受到推进千斤顶、预拼装管片遮挡等空间效应的影响，需要进行管片拆除、盾尾刷切割和焊接等多项作业，面临着复杂施工工序、施工过程时间长和施工危险。因此，现有的盾构机的盾尾结构存在着以下不足：传统盾尾结构在更换盾尾刷时耗时较长，导致盾构机停机时间增加，在不均匀压力作用下，造成盾尾间隙分布不均匀；更新盾尾刷需要连续依次回缩和伸长千斤顶，随着时间的增加，土仓压力的增大，容易使盾构机后退；在盾尾更换盾尾刷时，遵从由上往下、由内而外的顺序，操作人员逐次逐序依照点位的进行拆除点位、油脂腔清理、盾尾刷切割、清理、盾尾刷焊接、盾尾刷油脂涂抹、恢复点位的循环操作，费力且受到空间位置的影响非常大，施工非常不方便；以及更换盾尾刷需要相对干净且干燥的施工环境，盾尾底部由于泥浆的涌入很难达到要求。

有鉴于此，本实施例的第一个方面提出了一种盾构机的盾尾结构，参见图1至图4所示，盾尾结构包括盾壳外圈100、盾壳内圈200、滚动件300以及传动件400。其中，盾壳外圈100的外表面直接和土接触，是承受水、土压力的重要承重构件。本申请基于滚子轴承转动原理，将盾壳分解为双层结构，通过在盾壳外圈100和盾壳内圈200之间设置滚动件300，由盾壳外圈100内表面、滚动件300和盾壳内圈200外表面共同构成滚子轴承，使得盾壳内圈200能够相对于盾壳外圈100转动，从而实现盾壳内圈200在更换盾尾刷时具备转动功能。并且，参见图2至图4所示，传动件400用于与盾壳内圈200和预设的旋转驱动装置(例如，发动机)配合，利用旋转驱动装置产生的动力实现盾壳内圈200的转动。并且，参见图5所示，盾壳内圈200的内表面设置有至少一道用于放置盾尾刷的盾尾刷槽210。从而，在进行盾尾刷的更换过程中，通过传动件400传递旋转驱动装置产生的动力，为盾壳内圈200更换盾尾刷的转动提供动力，带动盾壳内圈200的转动。

从而，根据本实施例的技术方案，在更换盾尾刷过程中，基于盾壳内圈200能够相对于盾壳外圈100转动的结构优势，通过与预设的旋转驱动装置相配合的传动件400将动力传递至盾壳内圈200，为盾壳内圈200更换盾尾刷的转动提供动力，从而可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间。并且，通过盾壳内圈200的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。并且，由于本申请可以实现定点更换盾尾刷作业，因此在盾尾刷的更换过程中，仅需要拆除一处钢支撑(即，定点处的钢支撑)，保证了千斤顶推力的均匀分布和掌子面的压力平衡。从而，解决了现有技术中存在的技术问题。

可选地，滚动件300包括保持架310和滚针320，其中保持架310为环状，并设置于盾壳外圈100和盾壳内圈200之间；以及滚针320设置于保持架310上。其中，图6示出了保持架310的结构示意图，图7示出了滚针320的结构示意图。从而，参见图6和图7所示，通过将滚针320设置于保持架310上后，一同安放在盾壳外圈100和盾壳内圈200之间，与盾壳外圈100内表面和盾壳内圈200外表面共同构成滚子轴承，通过滚针320滚动实现了盾壳内圈200在更换盾尾刷时的转动功能。并且优选地，保持架310可以为尼龙保持架，并且由多块单块尼龙保持架组合而成，滚针320为圆柱形钢棒，与尼龙保持架配套安置在盾壳外圈100和盾壳内圈200之间，实现盾壳内圈200的转动。

此外，图8示出了保持架310的分块示意图。作为保持架310的另一个实例，参见图8所示，尼龙保持架由10块单块尼龙保持架组合而成，实现等距离分离滚针320减小摩擦、平分荷载和引导滚针320定向滚动的功能。

可选地，参见图2至图4所示，传动件400包括内啮合齿轮410和内啮合配套齿轮420。其中内啮合齿轮410设置于盾壳内圈200的内表面；内啮合配套齿轮420用于与旋转驱动装置和内啮合齿轮410配合，将旋转驱动装置施加的动力传输至内啮合齿轮410。从而，通过将内啮合齿轮410与盾壳内圈200的内表面焊接在一起，通过机械啮合与旋转驱动装置(例如，发动机)相连的内啮合配套齿轮420实现盾壳内圈200的转动，进一步实现盾尾刷的定点更换作业。并且优选地，内啮合齿轮410设置于盾壳内圈200内表面的远离盾尾边缘位置处，即可以将内啮合齿轮410焊接在盾壳内圈200内表面的远离盾尾的边缘位置处，便于内啮合齿轮410、内啮合配套齿轮420和预设的旋转驱动装置的连接和配合。

可选地，盾尾结构还包括：管线500，盾壳外圈100的内部设置有用于放置管线500的管线槽110。其中，图9示出了盾壳外圈100的透视详图。参见图2和图9所示，管线500可以内置在盾壳外圈100内部的管线槽110中，通过选择不同类型的管线500(例如，油脂注入管、同步注浆管和润滑油注入管)，分别将油脂注入到油脂腔内、同步注浆浆液注入到盾尾间隙以及润滑油注入到盾壳内圈200的滚动体槽220内。

可选地，参见图2所示，盾尾结构还包括：密封圈600，密封圈600用于将盾壳外圈100的内表面与盾壳内圈200的外表面密封。从而，通过密封圈600可以实现盾构机掘进过程中对注入于盾壳外圈100的内表面与盾壳内圈200的外表面之间的润滑油的密封。

可选地，参见图2所示，盾尾结构还包括：端头钢环700，端头钢环700的外表面与盾壳外圈100内表面的盾尾边缘位置处固定连接，在隧道轴线方向上约束盾壳内圈200。通过将端头钢环700的外表面与盾壳外圈100盾尾边缘内表面焊接在一起，实现隧道轴线方向约束住盾壳内圈200的功能。并且优选地，可以在端头钢环700的内表面焊接一道盾尾刷。

可选地，参见图1和图5所示，盾壳内圈200的外表面设置有用于放置滚动件300的至少一个滚动体槽220，并且保持架310的环数与滚动体槽220的数量对应。通过将滚动件300中的保持架310和滚针320安放在盾壳内圈200的滚动体槽220之中，与盾壳外圈100的内表面共同构成滚子轴承，实现盾壳内圈200在更换盾尾刷时的转动功能。

可选地，参见图10所示，管线500包括至少一组油脂注入管510，油脂注入管510用于将油脂注入由盾构机的管片外表面、盾尾刷和盾尾刷槽210构成的油脂腔。并且，参见图9所示，管线槽110包括用于放置油脂注入管510的油脂注入管槽111，盾壳外圈100在与油脂注入管510的油脂流出端对应的位置处设置有第一油脂注入孔120。参见图5所示，盾壳内圈200在与第一油脂注入孔120对应的位置处设置有第二油脂注入孔230。从而，通过在油脂注入管槽111内置油脂注入管510，并且盾壳外圈100上的第一油脂注入孔120的位置与油脂注入管510的油脂流出端对应，盾壳内圈200上的第二油脂注入孔230的位置与盾壳外圈100上的第一油脂注入孔120的位置相对应，实现了油脂通过油脂注入管510能够顺利注入到油脂腔内部。

可选地，参见图10所示，管线500还包括至少一组同步注浆管520，同步注浆管520用于将同步注浆浆液压入盾尾间隙。并且，参见图9所示，管线槽110还包括用于放置同步注浆管520的同步注浆管槽112，以及盾壳外圈100在盾尾环向端面与同步注浆管520的浆液流出端对应的位置处设置有同步注浆孔130。从而，通过在同步注浆管槽112内置同步注浆管520，并且盾壳外圈100上的同步注浆孔130的位置与同步注浆管520的浆液流出端的位置相对应，实现了同步注浆浆液通过同步注浆管520顺利注入盾尾间隙，弥补了盾构刀盘超开挖和盾尾间隙造成的地层损失，减小地表沉降。

可选地，参见图10所示，管线500还包括至少一组润滑油注入管530，润滑油注入管530用于将润滑油注入滚动体槽220。并且，参见图9所示，管线槽110还包括用于放置润滑油注入管530的润滑油注入管槽113，以及盾壳外圈100在与润滑油注入管530的润滑油流出端对应的位置处设置有润滑油注入孔140。从而，通过在润滑油注入管槽113内置润滑油注入管530，并且盾壳外圈100上的润滑油注入孔140的位置与润滑油注入管530的浆液流出端的位置相对应，实现了机械润滑油通过润滑油注入管530顺利注入滚动体槽220，实现了滚动体槽220内部充填和补充润滑油，减小滚针320与盾壳外圈100和盾壳内圈200之间的摩擦阻力。

可选地，参见图2、图5和图11所示，密封圈600包括橡胶气囊610，并且盾壳内圈200外表面的边缘位置处设置有用于放置橡胶气囊610的橡胶气囊密封槽240。从而，通过在橡胶气囊密封槽240内置橡胶气囊610，在盾构机掘进状态下，橡胶气囊610内部充填工业气体膨胀，进一步充满盾尾刷槽210和游隙，实现了润滑油的静密封功能。并且，在盾尾刷更换条件下，橡胶气囊610内的工业气体排出，减小盾壳内圈200转动时的阻力，在盾尾刷更换完成后，重新向橡胶气囊610内注入工业气体，继续实现润滑油的静密封功能。

可选地，参见图2、图5和图11所示，密封圈600还包括Z型橡胶条620，并且盾壳内圈200外表面两侧设置有用于放置Z型橡胶条620的Z型橡胶条密封槽250。通过在Z型橡胶条密封槽250内置Z型橡胶条620，压密条件下实现了游隙间的润滑油的密封。Z型橡胶条密封槽250设置在靠近内圈边缘位置，内部安装Z型橡胶条620。从而，在盾构机掘进时，通过Z型橡胶条620实现润滑油的静密封，并且在盾尾刷更换阶段，实现润滑油的动密封。

并且优选地，密封圈600包括了1环橡胶气囊610和2环Z型橡胶条620，实现盾构机掘进过程中对润滑油的静密封和盾尾刷更换过程中对润滑油的动密封功能。

进一步地，盾尾刷槽210的宽度与盾尾刷压扁长度相匹配，从而实现了盾尾刷能够顺利安装于盾尾刷槽210中。

可选地，每组油脂注入管510的管道根数与油脂腔的数量对应；每组同步注浆管520包括两根等长的管道；以及每组润滑油注入管530的管道根数与滚动体槽220数量对应。

作为管线500的一个优选实施例，管线500包括每种各4组的油脂注入管510、同步注浆管520和润滑油注入管530。其中，图12示出了油脂注入管510的示意图，并且每组油脂注入管510的管道根数与油脂腔数量对应，流出油脂端与盾壳外圈100的第一油脂注入孔120的位置相匹配，距离滚动体槽220盾构刀盘方向50mm。并且，图13示出了同步注浆管520的示意图，参见图12所示，每组同步注浆管520包含两根等长的管道，同步注浆浆液流出端与盾壳外圈100的同步注浆孔130相匹配。图14示出了组润滑油注入管530的示意图，并且每组润滑油注入管530包含的管道根数与滚动体槽220数量对应，每一根润滑油注入管530润滑油流出端分别与盾壳外圈100的润滑油注入孔140相匹配并且与盾壳内圈200的滚动体槽220相对应。

可选地，由盾壳外圈100、盾壳内圈200以及滚动件300组成的滚子轴承设置有游隙。从而充分考虑盾壳外圈100的椭圆变形量，保证盾壳外圈100变形条件下的盾壳内圈200在更换盾尾刷的顺利转动。

综上所述，本申请在充分考虑盾尾刷更换环境、工序和时间的基础上，提出一种适用于复杂环境、操作简单、有利于盾尾密封、更换盾尾刷迅速的盾尾结构，该盾尾结构基于滚子轴承转动原理，将盾壳分解为双层结构，通过在盾壳外圈和盾壳内圈设置滚针，实现了盾壳内圈结构的转动，通过与预设的旋转驱动装置相配合的传动件400将动力传递至盾壳内圈200，为盾壳内圈200更换盾尾刷的转动提供动力，并且结合动、静密封两种方式，保障了盾壳外圈和盾壳内圈之间的密闭性能。通过该盾尾结构进行定点作业，将盾尾内的时空效应降到最低。因此，本申请所提出的盾尾结构具有以下优点：

1.盾尾内部放置了橡胶气囊610和Z型橡胶条620，提高了盾尾结构中的盾壳内圈200转动的密封性能；

2.通过齿轮之间的啮合传动，实现了盾壳内圈200的转动，可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间；

3.由于更换盾尾刷期间，仅需要拆除一处钢支撑，保证了千斤顶推力的均匀分布和掌子面的压力平衡；以及

4.通过盾壳内圈200的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。

此外，在上述第一方面所提供的盾尾结构的基础上，根据本实施例的第二个方面，提供了一种盾尾刷的快速更换方法，其中盾尾刷是由多个盾尾刷组件拼接而成的环形盾尾刷，并且盾尾刷设置于盾壳内圈200的内表面上。图15示出了该盾尾刷的快速更换方法的流程示意图。参考图15所示，该方法包括：

S1502：选取目标操作点位；以及

S1504：利用预设的旋转驱动装置，转动盾壳内圈，使得多个盾尾刷组件依次到达目标操作点位处，并将依次到达目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。

具体地，参照图3和图15所示，根据本实施例第一个方面所提供的盾尾结构，可以得知盾壳内圈200能够相对于盾壳外圈100转动，并且环形盾尾刷设置于盾壳内圈200的内表面上，因此在本实施例的第二个方面所述的盾尾刷的快速更换方法中，不再需要遵从由上往下、由内而外的顺序，由操作人员逐次逐序依照点位的进行拆除点位，而是直接选取一个目标操作点位，例如选取一个方便操作人员进行盾尾刷更换的点位作为目标操作点位。进一步地，基于盾壳内圈200能够相对于盾壳外圈100转动的特性，操作人员可以利用预设的旋转驱动装置(例如电动机)，转动盾壳内圈200，使得环形盾尾刷包含的多个盾尾刷组件依次到达操作人员选取的目标操作点位处，从而操作人员可以将依次到达该目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。从而，实现了操作人员可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间。并且，通过盾壳内圈200的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。从而，解决了现有技术中存在的技术问题。

可选地，选取目标操作点位之前，还包括：选择地质条件好以及地下水位低的地层，停止安装有盾尾刷的盾构机的施工，进行相应的止水加固措施，从而构建更换盾尾刷的密闭环境；以及盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，并在管环与撑靴之间放置钢支撑，其中钢支撑是由多个钢支撑组件拼接而成的环形钢支撑。

具体地，由于盾尾刷的更换需要相对干净且干燥的施工环境，因此操作人员在选取目标操作点位之前，首先需要将盾构机行驶进地质条件好以及地下水位低的地层，然后停止盾构机的施工，进行相应的止水加固措施，例如但不限于为通过向盾尾填充液氮或者填充一些能够快速硬化的浆液，从而在盾尾处形成一圈止水环，有效阻止水进入盾构机内部，达到满足更换盾尾刷的密闭环境。然后，盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，便于后续的更换操作。并且，露出盾尾刷后，需要在管环与撑靴之间放置由多个钢支撑组件拼接而成的环形钢支撑。此外，本实施例对设置于盾壳内圈200内表面上的盾尾刷的环数不做限定，可以根据盾构机的机型设置不同环数的盾尾刷，其中常见的盾构机上的盾尾刷一般为3环。

可选地，盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，并在管环与撑靴之间放置钢支撑的操作，包括：盾构机推进千斤顶伸出预设量，露出第一道盾尾刷；紧固临近撑靴的第一环和第二环的螺栓，加固相邻管环的刚度；以及利用管片安装机，将预设长度的钢支撑分别放置在管环与撑靴之间，并且使用千斤顶抵紧，使得盾构机掘进预定长度，露出至少一个第二道盾尾刷，其中第一道盾尾刷和至少一个第二道盾尾刷为待更换的盾尾刷。

具体地，在盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，并在管环与撑靴之间放置钢支撑的操作中，首先通过盾构机推进千斤顶伸出预设量(例如为2.15±0.15m，优选为2.15m)，直至露出第一道盾尾刷。其中，参见图1所示，第一道盾尾刷为多个盾尾刷中处于左侧的盾尾刷。然后，止水效果满足要求后，紧固临近撑靴的第一环和第二环的螺栓，并加固相邻管环的刚度，有效避免管环因受隧道的压力产生变形。进一步地，利用管片安装机，将预设长度(例如但不限于0.8m)的钢支撑分别放置在管环与撑靴之间，并且使用推进千斤顶抵紧，使得盾构机掘进预定长度(例如但不限于0.7m)，露出至少一个第二道盾尾刷，其中第一道盾尾刷和至少一个第二道盾尾刷均为待更换的盾尾刷。参见图1所示，在盾构机一共设置3道盾尾刷的情况下，第二道盾尾刷为这三道盾尾刷中处于中间位置的盾尾刷。通过上述方式，可以将待更换的盾尾刷全都露出来，为后续的快速更换操作奠定了基础。

可选地，利用预设的旋转驱动装置，转动盾壳内圈之前，还包括：使用管片拼装机抓取头，将放置于目标操作点位处的钢支撑组件拆除。从而可以将目标操作点位处的阻挡盾尾刷更换的钢支撑组件拆除，便于后续进行盾尾刷的定点更换。并且，由于本申请可以实现定点更换盾尾刷作业，因此在盾尾刷的更换过程中，仅需要拆除一处钢支撑(即，定点处的钢支撑)，保证了千斤顶推力的均匀分布和掌子面的压力平衡。

可选地，盾壳外圈与盾壳内圈之间设置有橡胶气囊，并且将依次到达目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换的操作，包括：通过与橡胶气囊连接的气囊控制球阀将橡胶气囊内的工业气体排出；将盾尾刷组件以及油脂腔中的油脂、砂浆清除干净后，割除盾尾刷组件；将盾尾刷组件割除的疤痕打磨平整后，焊接新的盾尾刷组件；以及焊接完成后，在新的盾尾刷组件、新的盾尾刷组件与盾尾连接处、设置于盾壳外圈上的第一油脂注入孔以及设置于盾壳内圈上的第二油脂注入孔涂抹油脂。

具体地，参照图2和图3所示，在进行盾尾刷的更换过程中，需要先通过与橡胶气囊610连接的气囊控制球阀将橡胶气囊610内的工业气体排出，减小盾壳内圈200转动时的阻力。然后，需要将盾尾刷组件以及油脂腔中的油脂、砂浆清除干净后，开始割除盾尾刷组件。其次，将盾尾刷组件割除的疤痕打磨平整后，焊接新的盾尾刷组件。最后，焊接完成后，在新的盾尾刷组件、新的盾尾刷组件与盾尾连接处、设置于盾壳外圈100上的第一油脂注入孔120以及设置于盾壳内圈200上的第二油脂注入孔230涂抹油脂，其中操作人员可以在上述位置处用手涂抹WR90油脂。

可选地，利用预设的旋转驱动装置，转动盾壳内圈，使得多个盾尾刷组件中的其他盾尾刷组件依次到达目标操作点位处的操作，包括：利用与发动机连接的内啮合配套齿轮，将发动机产生的动力传输至设置于盾壳内圈的内表面上的内啮合齿轮，从而实现盾壳内圈的转动，使得多个盾尾刷组件中的其他盾尾刷组件依次到达目标操作点位处。

具体地，参照图2以及图3所示，盾壳内圈200的内表面上设置有内啮合齿轮410，操作人员在需要转动盾壳内圈200的情况下，可以启动发动机，并利用与发动机连接的内啮合配套齿轮420，将发动机产生的动力传输至内啮合齿轮410，从而实现盾壳内圈的转动，使得多个盾尾刷组件中的其他盾尾刷组件依次到达目标操作点位处，从而实现了操作人员可以定点更换盾尾刷。

可选地，完成整环盾尾刷的更换操作之后，还包括：通过气囊控制球阀将橡胶气囊内部充满一定压力的工业气体。从而，在盾尾刷更换完成后，重新向橡胶气囊610内注入工业气体，继续实现润滑油的静密封功能。

可选地，完成整环盾尾刷的更换操作之后，还包括：依次拆除多个钢支撑组件中的其他钢支撑组件，并在所拆除的钢支撑组件的对应位置处依次拼装管片，直至完成整环管片的拼装，紧固螺栓；在管片的外表面、更换后的盾尾刷和设置于盾壳内圈的内表面上的盾尾刷槽重新构成油脂腔的情况下，通过设置于盾壳外圈内部的油脂注入管重新将油脂注满油脂腔；通过设置于盾壳外圈内部的润滑油注入管补充设置于盾壳内圈外表面上的滚动体槽内的润滑油损失量；以及恢复盾构机的正常施工。

具体地，在完成整环盾尾刷的更换操作后，操作人员可以利用管片拼装机抓取头依次拆除多个钢支撑组件中的其他钢支撑组件，并在拆除一组钢支撑组件的同时将一管片放置于空出来的安装区域，不断重复拆除一组钢支撑组件安装一管片的操作，直至完成整环钢支撑的拆除以及整环管片的拼装，并紧固螺栓。进一步地，在管片的外表面、更换后的盾尾刷和设置于盾壳内圈的内表面上的盾尾刷槽重新构成油脂腔的情况下，通过设置于盾壳外圈100内部的油脂注入管510重新将油脂注满油脂腔。并且，通过设置于盾壳外圈100内部的润滑油注入管530补充设置于盾壳内圈200外表面上的滚动体槽220内的润滑油损失量，最后恢复盾构机的正常施工。

从而通过以上方法完成盾尾刷的快速定点更换操作。

此外，本实施例所提出的盾尾刷的快速更换方法的整体步骤如下：

1)选择段地质条件较好，地下水位低的地层进行相应的止水加固措施，达到满足更换盾尾刷的密闭环境；

2)盾构机推进千斤顶伸出量2.15±0.15m，直至露出第一道盾尾刷；

3)止水效果满足要求后，紧固距离撑靴的第一环和第二环的螺栓，加固相邻管环的刚度；

4)利用管片安装机将一定长度的钢支撑分别放置在管环与撑靴之间，并且使用推进千斤顶抵紧，盾构机掘进一定距离，露出第二道盾尾刷；

5)使用管片拼装机抓取头，将方便于盾尾刷更换操作点位的钢支撑进行拆除；

6)将橡胶气囊内的工业气体通过连接的球阀排出；

7)将密封刷及油脂腔中的油脂、砂浆清除干净后，开始割除尾刷。

8)将盾尾刷割除的疤痕打磨平整后，开始焊接新的盾尾刷。焊接完成后在新的盾尾刷、盾尾刷与盾尾之间连接处向后至油脂注入孔用手涂抹WR90油脂；

9)通过转动内啮合配套齿轮传动内啮合齿轮，转动盾尾内圈重复步骤6和步骤7，直至整环盾尾刷完全更换完成；

10)通过气囊控制球阀将橡胶气囊内部充满一定压力的工业气体，保障盾尾的密封性能；

11)拆除钢支撑拼装管片，等待整环拼装完成后，紧固螺栓。当管片外表面、盾尾刷和内圈盾尾刷槽重新构成油脂腔后，通过油脂注入管重新注满油脂。通过润滑油注入管及时补充内圈滚针槽内的润滑油损失量；

12)恢复盾构机的正常施工过程。

综上所述，本实施例提供的盾尾结构基于滚子轴承转动原理，将盾壳分解为双层结构，通过在盾壳外圈和盾壳内圈设置滚针，实现了盾壳内圈结构的转动，通过与预设的旋转驱动装置相配合的传动件将动力传递至盾壳内圈，结合动、静密封两种方式，保障了盾壳外圈和盾壳内圈之间的密闭性能。并且基于上述盾尾结构，本实施例提供的盾尾刷的快速更换方式，操作人员选取一个目标操作点位后，可以利用预设的旋转驱动装置(例如电动机)，转动盾壳内圈，使得环形盾尾刷包含的多个盾尾刷组件依次到达操作人员选取的目标操作点位处，从而操作人员可以将依次到达该目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，直至完成整环盾尾刷的更换操作。从而，实现了操作人员可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间。并且，通过盾壳内圈的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。

从而，本实施例在充分考虑盾尾刷更换环境、工序和时间的基础上，提出了一种适用于复杂环境、操作简单、有利于盾尾密封、更换盾尾刷迅速的盾结构和全新盾尾刷的快速更换方法。基于滚子轴承转动原理，将盾壳分解为双层结构，通过在盾壳外圈和盾壳内圈设置滚针，实现了内圈结构的转动，结合动、静密封两种方式，保障了盾壳外圈和盾壳内圈之间的密闭性能。通过该盾尾结构进行盾尾刷的定点更换作业，将盾尾内的时空效应降到最低。因此，本申请所提出的盾尾结构和盾尾刷的快速更换方法具有以下优点：

1.盾尾内部放置了橡胶气囊和Z型橡胶条，提高了盾尾结构中的盾壳内圈转动的密封性能；

2.通过齿轮之间的啮合传动，实现了盾壳内圈的转动，可以定点更换盾尾刷作业，节省了多次伸缩千斤顶、拆除钢支撑和环周切割焊接作业步骤，优化操作空间、节省人力和时间；

3.由于更换盾尾刷期间，仅需要拆除一处钢支撑，保证了千斤顶推力的均匀分布和掌子面的压力平衡；以及

4.通过盾壳内圈的转动，避免了底部的更换点位，可以保证盾尾刷更换时的相对干燥与干净的环境。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种盾尾刷的快速更换方法，其中所述盾尾刷是由多个盾尾刷组件拼接而成的环形盾尾刷，所述盾尾刷设置于预设的盾尾结构中的盾壳内圈内表面，并且所述盾壳内圈能够相对于所述盾尾结构中的盾壳外圈转动，其特征在于，方法包括：

选取目标操作点位；以及

利用预设的旋转驱动装置，转动所述盾壳内圈，使得所述多个盾尾刷组件依次到达所述目标操作点位处，并将依次到达所述目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换，所述盾壳外圈与所述盾壳内圈之间设置有橡胶气囊，并且将依次到达所述目标操作点位处的盾尾刷组件进行更换的操作，包括：

通过与所述橡胶气囊连接的气囊控制球阀将所述橡胶气囊内的工业气体排出；

将所述盾尾刷组件以及油脂腔中的油脂、砂浆清除干净后，割除所述盾尾刷组件；

将所述盾尾刷组件割除的疤痕打磨平整后，焊接新的盾尾刷组件；以及

焊接完成后，在所述新的盾尾刷组件、所述新的盾尾刷组件与盾尾连接处、设置于所述盾壳外圈上的第一油脂注入孔以及设置于所述盾壳内圈上的第二油脂注入孔涂抹油脂，直至完成整环所述盾尾刷的更换操作。

2.根据权利要求1所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，选取目标操作点位之前，还包括：

选择地质条件好以及地下水位低的地层，停止安装有所述盾尾刷的盾构机的施工，进行相应的止水加固措施，从而构建更换所述盾尾刷的密闭环境；以及

所述盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，并在管环与撑靴之间放置钢支撑，其中所述钢支撑是由多个钢支撑组件拼接而成的环形钢支撑。

3.根据权利要求2所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，盾构机推进千斤顶，露出待更换的盾尾刷，并在管环与撑靴之间放置钢支撑的操作，包括：

所述盾构机推进所述千斤顶伸出预设量，露出第一道盾尾刷；

紧固临近所述撑靴的第一环和第二环的螺栓，加固相邻管环的刚度；以及

利用管片安装机，将预设长度的所述钢支撑分别放置在所述管环与所述撑靴之间，并且使用所述千斤顶抵紧，使得所述盾构机掘进预定长度，露出至少一个第二道盾尾刷，其中所述第一道盾尾刷和所述至少一个第二道盾尾刷为待更换的盾尾刷。

4.根据权利要求1所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，利用预设的旋转驱动装置，转动所述盾壳内圈之前，还包括：使用管片拼装机抓取头，将放置于所述目标操作点位处的钢支撑组件拆除。

5.根据权利要求1所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，利用预设的旋转驱动装置，转动所述盾壳内圈，使得所述多个盾尾刷组件中的其他盾尾刷组件依次到达所述目标操作点位处的操作，包括：

利用与发动机连接的内啮合配套齿轮，将所述发动机产生的动力传输至设置于所述盾壳内圈的内表面上的内啮合齿轮，从而实现所述盾壳内圈的转动，使得所述多个盾尾刷组件中的其他盾尾刷组件依次到达所述目标操作点位处。

6.根据权利要求5所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，完成整环所述盾尾刷的更换操作之后，还包括：通过所述气囊控制球阀将所述橡胶气囊内部充满一定压力的工业气体。

7.根据权利要求2所述的盾尾刷的快速更换方法，其特征在于，完成整环所述盾尾刷的更换操作之后，还包括：

依次拆除所述多个钢支撑组件中的其他钢支撑组件，并在所拆除的钢支撑组件的对应位置处依次拼装管片，直至完成整环所述管片的拼装，紧固螺栓；

在所述管片的外表面、更换后的所述盾尾刷和设置于所述盾壳内圈的内表面上的盾尾刷槽重新构成油脂腔的情况下，通过设置于所述盾壳外圈内部的油脂注入管重新将油脂注满所述油脂腔；

通过设置于所述盾壳外圈内部的润滑油注入管补充设置于所述盾壳内圈外表面上的滚动体槽内的润滑油损失量；以及

恢复所述盾构机的正常施工。

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