CN101608550A - 一种应用于盾构机上的观察窗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道掘进机上的观察装置。该观察窗装置外形为圆盘形，由前至后端依次包括有玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头，其外围还包括有底板法兰、定位法兰、压紧法兰、护套、加强环。所述底板法兰为中空的法兰圈，以舱门为基座与舱门组合焊接；玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头以及定位法兰、压紧法兰由螺丝同轴安装固定，且各结合处均采用橡胶垫圈密封，等等。该装置用于盾构机上，当需要施工人员进入土舱进行人工清除障碍及更换刀具前而观察土舱内土体组织结构状态而设立的专用设备，其能依据观察到的土舱内土体而判断开门进舱是否安全以防止开挖面坍塌或涌水、涌砂等对进舱作业人员及整个施工现场造成灾难。其结构简单，使用方便。

Description

一种应用于盾构机上的观察窗装置

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机上的观察装置，尤其是适用于地下水位很高的含水饱和软弱地层中施工时采用气压法的盾构机上的观察装置。

背景技术

盾构机，全名叫盾构掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械且具有自动化程度高，节省人力，施工速度快并一次成洞，在隧道洞线较长、埋的较深的情况下，用盾构机施工更为经济合理。当盾构机在地下水位很高的含水饱和软弱地层中施工时，由于很难使开挖面保持稳定，则有可能导致地表严重下沉而影响地面建筑物的安全，以及通过江河或海底时为防止泥水灌涌等的发生，所以在隧道施工中就有必要采取一些辅助施工方法，常用的有：气压法、降低地下水位法、注浆法、冻结法等，其中使用较多的有气压法与冻结法。目前，国内外盾构机在地下水位很高的含水饱和软弱地层中施工时一般采用气压法，通常是利用压缩空气来保持开挖面的稳定，其作用是阻止涌水，防止开挖面的崩坍，此外压缩空气还可使土层脱水疏干，从而提高地层的强度与稳定性。

现有技术中盾构掘进采用气压法施工存在下列不足：由于盾构在掘进过程中地下土层较复杂，时而会遇到埋于地下的古木树桩、建筑混凝土块、桥梁建筑基础钢筋等，使得盾构机排土不畅、刀具损坏，则需要施工人员进入土舱进行人工清除障碍及更换刀具，由于土舱与开挖面之间存在带有开口槽的刀盘而互通，所以开挖面坍塌或涌水、涌砂等都会对进舱内作业造成很大的危险，而土舱与盾构机后部的土体排出设备系统、驱动设备装置、施工操作空间是由土舱隔板密封隔离，所以在未知开挖面是否崩坍的情况下一般以缓慢开启舱门如发现涌喷及时关闭，此方式费时、费力且可靠性较低，既在打开舱门发现土体组织结构体状态不好而紧急关闭的过程中涌喷现象时会发生，从而危及施工人员和盾构设备的安全。

经对现有技术检索发现，于2007.06.20公开的“一种复合式土压平衡盾构机”(申请号200510130590.0，中国神华能源股份有限公司)，该盾构机安装有气压平衡设备，在遇到地层中不能破碎的大块石头时，可由人工处理，但是，该专利尚未解决在人工处理时保障安全的技术问题。

于2008.03.19公开的“带有刀盘刀具切削排渣状况监视装置的盾构机切削系统”(专利申请号200610107042.0，中铁隧道股份有限公司)，该系统于盾构机前边，土压舱切口环顶部设有光源和摄像头，摄像头的下方有透光板，在隔墙上装有射水喷头，主控室内设置有用通信电缆相连接的滤波装置、放大装置和视频输出装置。该专利涉及的监视排渣状况的电子装置，仅能解决土压密封舱中的视觉盲区问题，不足以判断施工人员能否安全进舱作业，给以绝对安全保障。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种应用于盾构机上的观察窗装置。该装置用于盾构机上，当需要施工人员进入土舱进行人工清除障碍及更换刀具前而观察土舱内土体组织结构状态而设立的专用设备，其能依据观察到的土舱内土体而判断开门进舱是否安全以防止开挖面坍塌或涌水、涌砂等对进舱作业人员及整个施工现场造成灾难。其结构简单，使用方便。

本发明是通过以下技术方案实现的，该观察窗装置外形为圆盘形，由前至后端依次包括有玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头，其外围还包括有底板法兰、定位法兰、压紧法兰、护套、加强环，其中：

所述底板法兰为中空的法兰圈，以舱门为基座与舱门组合焊接；

玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头以及定位法兰、压紧法兰由螺丝同轴安装固定：玻璃罩与底板法兰的接触面装有玻璃罩密封圈并通过定位法兰、定位法兰螺丝使其与底板法兰螺孔旋紧密封；定位法兰径向装有定位法兰密封圈，且与玻璃罩接触的端面亦安装有玻璃罩密封垫，镜片同轴装在定位法兰的凹槽内并前后均安装镜片下密封垫、镜片上密封垫且由压紧法兰、压紧法兰螺丝与定位法兰螺孔旋紧密封，压紧法兰的后端装有闷盖、闷盖垫，并通过闷盖螺丝与压紧法兰螺孔旋紧密封；

所述护套为圆形隔圈，其外径与舱门的孔套入焊接，其内径与定位法兰外径配合密封；

所述加强环亦为圆形隔圈且固定于舱门上；

所述安全堵头旋装在闷盖的端面中心螺孔内。

该观察窗装置边侧还可设有喷水头，所述喷水头为三通管，其进水管安装在隔板后侧空间并与舱门焊接定位，鸭嘴形出水管安装在隔板前侧空间并紧靠在观察窗底板法兰端面上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.在原舱门上加装观察窗装置以观察到的土舱内的土体组织结构状况而判别能否开门进舱，操作方法方便，判断结果安全可靠，观察窗结构简单，且维护简单。本发明的观察窗装置，将之安装改进盾构机，用于适应盾构机在隧道掘进时在气压法施工、开挖切削土体时观察隧洞开挖面及土舱内土体的结构状况。盾构机切口环内设有隔板，将切口环分成前后两个密闭空间，保证前土舱空间与后空间的绝对安全隔离，同时，在隔板上安装有观察窗以及舱门、喷水头等，通过加装观察窗以直接观察到的土舱内的土体组织结构状况而判别能否开门进舱，以防止开挖面坍塌或涌水、涌砂等对进舱作业人员及整个施工现场造成灾难，保证施工人员和盾构设备的安全。

2.采用内层镜片加外层玻璃罩的方法以防止作业时损坏观察窗而由压差产生的泥水、流砂涌入盾构机内部造成灾难，起到安全防范的功用。

附图说明

图1a是盾构机本体的侧视结构示意图，图1b是其最前端的主视图。

图2是图1a的A-A视图。

图3是图1a的B-B视图。

图4是图3的C向局部剖视图。

图5是喷水头5立体图。

图6是本发明观察窗7装置剖视图。

标记说明：

1-刀盘              2-切口环         3-支撑环

4-盾尾环            5-喷水头         6-舱门

7-观察窗            8-隔板           9-加强环

10-闷盖螺丝         11-压紧法兰螺丝  12-定位法兰

13-镜片下密封垫     14-镜片          15-安全堵头

16-闷盖             17-闷盖垫        18-镜片上密封垫

19-压紧法兰         20-玻璃罩密封垫  21-护套

22-定位法兰密封圈   23-定位法兰螺丝  24-玻璃罩密封

25-底板法兰         26-玻璃罩        27-进水管

28-出水管

具体实施方式

现结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，盾构机本体包括刀盘1、切口环2、支撑环3、盾尾环4。刀盘1外形为圆盘状，其突前部位装有刀排，刀盘1与切口环2、支撑环3、盾尾环4组装成同心圆柱体形成了盾构机机头壳体。刀盘1端面各两刀排之间开有缺口并与切口环2前空间的土舱相通，使施工中刀排切削下来的土体进入切口环2前空间的土舱内。切口环2外形为圆筒，筒内中部直径方向焊接一圆形隔板8使其隔离成前后两个空间，隔板8上安装有舱门6、观察窗7装置、喷水头5、排土设备安装孔等。舱门6为一矩形中间开孔板，孔内装配观察窗7、喷水头5，其外缘四周开有等距离的孔便于用螺丝与隔板8上的螺丝孔联结紧固，确保不渗漏且拆装方便。本实施例的观察窗7，其前端的底板法兰与舱门6组装焊接，而舱门6又是观察窗7中定位法兰12、镜片14、安全堵头15、闷盖16、压紧法兰19、护套21、底板法兰25、玻璃罩26等零件的基座，且喷水头5亦在此定位，而装有舱门、观察窗、喷水头等的隔板在切口环内形成前后两个密闭的舱，即前部为土舱，后部为土体排出设备系统、驱动设备、控制操作系统等空间。如图5所示，喷水头5是有三通管组成，其进水管27安装在切口环2的隔板8后侧空问并与舱门6焊接定位，便于后部供水系统管道的连接，鸭嘴形出水管28安装在切口环2的隔板8前侧空间并紧靠在观察窗7的底板法兰25的端面上以防止在施工中土体冲击移位。

本实施例观察窗7装置外形为圆盘形，由前至后端依次包括有玻璃罩26、镜片14、闷盖16、安全堵头15，其外围还包括有底板法兰25、定位法兰12、压紧法兰19、护套21、加强环9，其中：底板法兰25为中空的法兰圈，以舱门6为基座与舱门6组合焊接；玻璃罩26、镜片14、闷盖16、安全堵头15以及定位法兰12、压紧法兰19由螺丝同轴安装固定。玻璃罩26与底板法兰25的接触面装有玻璃罩密封圈24并通过定位法兰12、定位法兰螺丝23使其与底板法兰螺孔旋紧密封。为防止玻璃罩26在工作中意外破碎而造成渗水则在定位法兰12径向装有定位法兰密封圈22并与玻璃罩26接触的端面亦安装有玻璃罩密封垫20，镜片14同轴装在定位法兰12的凹槽内并前后均安装镜片下密封垫13、镜片上密封垫18且由压紧法兰19、压紧法兰螺丝11与定位法兰螺孔旋紧密封，压紧法兰19的后端装有闷盖16、闷盖垫17，并通过闷盖螺丝10与压紧法兰螺孔旋紧密封，以防止玻璃罩26、镜片14破损时发生渗漏。护套21为圆形隔圈，其外径与舱门的孔套入焊接，其内径与定位法兰外径配合密封；加强环9亦为圆形隔圈且固定于舱门6上；安全堵头15旋装在闷盖16的端面中心螺孔内，当需进舱作业时必先松开安全堵头15以确定无渗漏方可拆卸闷盖16观察土舱内情况而定。

本实施例观察窗7详细的安装结构如图6所示，观察窗7涉及的组成部件、密封件以及固定件具体为：加强环9、闷盖螺丝10、压紧法兰螺丝11、定位法兰12、镜片下密封垫13、镜片14、安全堵头15、闷盖16、闷盖垫17、镜片上密封垫18、压紧法兰19、玻璃罩密封垫20、护套21、定位法兰密封圈22、定位法兰螺丝23、玻璃罩密封圈24、底板法兰25、玻璃罩26。底板法兰25与舱门6组合焊接，由于前端底板法兰25采用中空的法兰圈，相应玻璃罩26、镜片14、闷盖16、安全堵头15、定位法兰12、压紧法兰19用相应的螺丝同轴安装、固定，为防止渗漏，各结合处均采用橡胶垫圈密封。护套21为圆形隔圈，其外径与舱门6的孔套入焊接，其内径与定位法兰12外径及定位法兰密封圈22配合密封以防止施工中玻璃罩26破裂从径向渗漏泥水。加强环9亦为圆形隔圈，起加强筋作用且防止舱门6工作中变形造成关闭不严影响切口环2前后空间的密封。安全堵头15功用为：当想通过观察窗观察土舱内土体情况前应先拆卸闷盖16上的安全堵头15确定其螺孔内无渗漏浆水即证明观察窗结构完好无破碎才可拆卸闷盖16进行土体观察。

如上所述，此盾构机观察窗结构简单，操作、维护方便，并保证人员和盾构设备的施工安全。

Claims (2)

1、一种应用于盾构机上的观察窗装置，其特征在于，该观察窗装置外形为圆盘形，由前至后端依次包括有玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头，其外围还包括有底板法兰、定位法兰、压紧法兰、护套、加强环，

所述底板法兰为中空的法兰圈，以舱门为基座与舱门组合焊接；

玻璃罩、镜片、闷盖、安全堵头以及定位法兰、压紧法兰由螺丝同轴安装固定：玻璃罩与底板法兰的接触面装有玻璃罩密封圈并通过定位法兰、定位法兰螺丝使其与底板法兰螺孔旋紧密封；定位法兰径向装有定位法兰密封圈，且与玻璃罩接触的端面亦安装有玻璃罩密封垫，镜片同轴装在定位法兰的凹槽内并前后均安装镜片下密封垫、镜片上密封垫且由压紧法兰、压紧法兰螺丝与定位法兰螺孔旋紧密封，压紧法兰的后端装有闷盖、闷盖垫，并通过闷盖螺丝与压紧法兰螺孔旋紧密封；

所述护套为圆形隔圈，其外径与舱门的孔套入焊接，其内径与定位法兰外径配合密封；

所述加强环亦为圆形隔圈且固定于舱门上；

所述安全堵头旋装在闷盖的端面中心螺孔内。

2、如权利要求1所述的观察窗装置，其特征在于，在紧靠该观察窗底板法兰端面上还设有三通管喷水头，其进水管安装在隔板后侧空间并与舱门焊接定位，鸭嘴形出水管安装在隔板前侧空间。

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