SLURRY SHIELD TAIL BRUSH REPLACEMENT SAFETY PROTECTION DEVICE AND METHOD USING LIQUID NITROGEN FREEZING

本发明涉及盾构机领域，更具体的讲是一种泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置及方法。

盾尾钢丝刷是盾构机密封系统中的一个重要组成部分，在大直径泥水平衡盾构施工中，利用盾尾刷并注入一定量的填充物(盾尾油脂)，可在盾构机和管片之间形成良好的密封体系，可有效防止地下水、泥浆及同步注浆的浆液等流入盾构机中，保障隧道掘进能够安全顺利地进行。但由于施工过程中不可避免的施工误差，导致盾尾刷受偏心管片过度挤压从而产生塑性变形以至于失去弹性，或者长距离掘进造成盾尾刷磨损严重，直接造成盾尾密封系统失效，导致同步注浆浆液等杂质流入盾构机，危及施工人员和施工设备的安全。因此，在盾尾刷失效后需要及时更换失效盾尾刷。

通过专利检索，发现以下相似专利：

①申请号为201210175808.4的一种盾构隧道洞内液氮冷冻更换尾刷的方法，该发明公开了一种液氮冷冻更换尾刷的方法，该方法在确定需更换的尾刷位置后，通过两次钻孔为冷冻操作提供条件，该方法操作起来费时费力，冷冻密封效率低下；

②申请号为201210068168.1的盾构机的盾尾密封装置，该发明在常规密封装置基础上增加了一道密封刷和密封板，但本发明是针对于正常掘进过程中的盾尾密封，如果出现盾尾渗漏，无法进行有效的应对；另一方面，本发明虽增加了密封板，但是密封板与管片之间存在密贴不好的问题，对于其抗渗效果有一定的影响；

③申请号为201220102998.2的盾构机用盾尾紧急密封装置及其安装结构，该专利存在两方面的问题：一方面该专利所使用的充气橡胶管长期赋存于盾尾油脂中，经过较长时间后，难免会出现橡胶管老化的问题，一旦老化则极有可能会影响到紧急密封时的气密性，影响到密封效果；另一方面该专利利用充气的橡胶管来进行紧急封堵，橡胶和管片之间存在贴合不密实、渗水等问题。

发明内容

本发明的发明目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置，包括由外而内设置的盾尾壳体、盾尾 刷和管片，所述盾尾壳体内设有砂浆管，所述该安全保护装置还包括至少一组液氮冻结装置，所述液氮冻结装置设置在相邻砂浆管之间的盾尾壳体内部，所述液氮冻结装置包括进液管、出液管和环向冻结管，进液管和出液管的一端分别连接有不锈钢软管和低温液氮阀门，所述进液管和出液管的另一端之间连接有环向冻结管。

上述低温液氮阀门和不锈钢软管设置在盾构机主机壳体与盾尾壳体之间。

上述盾尾壳体尾部设有弹性密封板，所述环向冻结管设置在盾尾壳体内部靠近弹性密封板的一侧。

上述进液管和出液管的延伸方向与盾构机的掘进方向相同，所述环向冻结管的延伸方向与盾构机的掘进方向垂直。

优化的，上述液氮冻结装置设有6组。

一种泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护方法：包括如下步骤：

1)盾构机停机，停止工作并检查盾尾渗漏点位；

2)进液管和出液管的不锈钢软管与液氮系统连接，通入液氮，并进行测温；

3)持续通入液氮冻结并进行温度监测检测渗漏点的渗漏情况；

4)待渗漏情况消除后，持续通入液氮维护冻结；

5)进行渗漏部位的盾尾刷拆除更换等的方案实施；

6)更换完成后拆除盾构机内的临时冻结系统；

7)冻结部位解冻；

8)盾构机恢复推进。

优化的，上述步骤2中液氮通入压力为0.05-0.15MPa，最终温度为：零下15-20℃。

优化的，上述步骤4中液氮通入压力为0.05-0.10MPa。

其工作原理是：在对失效盾尾刷进行更换时，通过中盾位置(盾构机主机壳体与盾尾壳体)处预留的进液管注入液氮，液氮由进液管进入盾尾环向冻结管，液氮通过环向冻结管在盾尾处与待冻结体(盾尾附近的地下水、土体及壁后同步注浆浆液等物质)进行热量交换，进而对其进行快速冷冻，形成有效的冻结密封体，避免盾尾刷更换过程中盾尾漏水、漏浆险情的出现，保证施工人员和盾构机设备的作业安全。

本发明的有益效果是：本发明避免了在管片上钻孔的风险和对管片结构造成的破坏影响，而是特在盾尾后增加一道环向液氮冻结管道，并与中盾位置预留的进液管、出液管形成液氮循环通道，通道内循环的液氮可对盾尾土体进行快速冷冻，防止泥水、浆液等杂质进入盾构机中，该装置操作简便，冷冻迅速，可有效保障盾尾刷更换过程中的人员和设备安全。

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为液氮冷却管路示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为冷却密封系统布置图

图中：1-盾尾壳体；2-盾尾刷；3-管片；4-砂浆管；5-进液管；6-出液管；7-环向冻结管，8-不锈钢软管，9-低温液氮阀门，10-弹性密封板，11-盾构机主机壳体。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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发明。

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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“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，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

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。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应 当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

由于下文所述的只是部分实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。

结合图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置，包括由外而内设置的盾尾壳体1、盾尾刷2和管片3，所述盾尾壳体1内设有砂浆管4，所述该安全保护装置还包括至少一组液氮冻结装置，所述液氮冻结装置设置在相邻砂浆管4之间的盾尾壳体1内部，所述液氮冻结装置包括进液管5、出液管6和环向冻结管7，进液管5和出液管6的一端分别连接有不锈钢软管8和低温液氮阀门9，所述低温液氮阀门8和不锈钢软管9设置在盾构机主机壳体11与盾尾壳体1之间，所述进液管5和出液管6的另一端之间连接有环向冻结管7。

所述盾尾壳体1尾部设有弹性密封板10，所述环向冻结管7设置在盾尾壳体内1部靠近弹性密封10板的一侧，所述进液管5和出液管6的延伸方向与盾构机的掘进方向相同，所述环向冻结管7的延伸方向与盾构机的掘进方向垂直。

实施例2

该泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护装置可在高水压条件下进行，即根据本申请的另一个实施例，提供了一种高水压条件下泥水盾构盾尾刷更换液氮冻结安全保护方法：包括如下步骤：

1)盾构机停机，停止工作并检查盾尾渗漏点位；

2)进液管和出液管的不锈钢软管与液氮系统连接，通入液氮，液氮通入压力为0.1MPa，并进行测温；

3)持续以0.1MPa的压力通入液氮冻结并进行温度监测检测渗漏点的渗漏情况，最终温度-18℃；

4)待渗漏情况消除后，持续以0.08MPa的压力通入液氮维护冻结；

5)进行渗漏部位的盾尾刷拆除更换等的方案实施；

6)更换完成后拆除盾构机内的临时冻结系统；

7)冻结部位解冻；

8)盾构机恢复推进。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。