CN105772433A - 一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置，其包括：球窝座，设置在球窝座内、与所述球窝座球窝连接且内部设置有贯通球窝座两侧的通道的球芯，以及一端能贯穿所述通道的清洗管，所述清洗管的另一端用于接通清洗液供给装置。这种清洗装置能够探测刀盘上是否固结有泥饼，并且能大范围冲洗刀盘上的泥饼。

Description

一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置

技术领域

本发明涉及一种隧道工程机械，特别涉及一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置。

背景技术

泥饼是盾构机的刀盘切削下来的细小粘土颗粒、碎屑在刀盘上和土舱内重新聚集而成的半固结和固结状的块状体。当刀盘结泥饼后，渣土流动通道容易被泥饼堵塞，进而造成盾构机推进速度降低、推力增大、土体改良效果变差、刀盘轴承温度增长过快等现象，继而可能引起地面变形增大甚至出现地面坍塌事故，严重影响盾构施工安全。泥饼问题已成为影响盾构施工安全和效率的重要危害因素，国内外学者和施工用户均在实践中不断探寻解决“泥饼”问题的途径。

目前解决泥饼问题主要从泥饼预防和泥饼破除两方面着手。泥饼预防措施一般包括盾构机设计和施工方面，例如加大刀盘开口率、注入土体改良剂、增设搅拌装置、设定合适的盾构掘进参数、定期开仓检查等。泥饼破除则是在出现结泥饼问题(一般固结在刀盘上)后采取的处理措施，目前主要是常压或带压进仓进行人工破除，但无论是常压进舱还是带压进仓均存在着较大的施工风险，尤其是在地质稳定性较差地段进仓清除泥饼，往往需要进行复杂的地质加固，不仅成本高，而且周期长。由于地质条件很难精确预测，泥饼的防止和破除目前仍没有一种高效的技术方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为如何大范围冲洗刀盘上的泥饼并且在冲洗之前如何探测刀盘上的泥饼。

针对上述技术问题，本发明提出了一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置，其包括：球窝座，设置在球窝座内、与球窝座球窝连接且内部设置有贯通球窝座两侧的通道的球芯，以及一端能贯穿通道的清洗管，清洗管的另一端用于接通清洗液供给装置。

在一个具体的实施例中，通道为直通道，清洗管为直管。

在一个具体的实施例中，清洗装置还包括密封组件，

密封组件包括与通道相接通的且与通道同轴的筒体以及设置在筒体内、环状的且与筒体同轴且内腔供清洗管通过的密封件，

筒体的内壁和密封件的外壁之间形成液压室，

向液压室充入流体能使得密封件与清洗管之间形成密封。

在一个具体的实施例中，液压室由筒体的内周壁凹陷形成凹槽的内壁与密封件的外周壁围合而成，筒体还设置贯穿筒体的筒壁且连通液压室的流体注入孔。

在一个具体的实施例中，凹槽包括由筒体的内周壁凹陷形成的、与筒体同轴且与密封件对齐的环形凹槽，环形凹槽的宽度小于密封环的宽度。

在一个具体的实施例中，环形凹槽设置有多个，凹槽还包括由筒体的内壁凹陷形成的、径向延伸的且连通各个环形凹槽的条槽，密封件设置有多个，多个密封件沿筒体的轴线方向依次排列且相互压紧，每个环形凹槽对应环绕在一个密封件外。

在一个具体的实施例中，清洗管包括直管段以及设置在直管的前端的喷嘴。

在一个具体的实施例中，喷嘴设置有沿径向方向延伸的出液孔。

在一个具体的实施例中，直管段的前端能与喷嘴螺纹连接，清洗装置还包括底端能与直管段的前端螺纹连接的取样管。

在一个具体的实施例中，取样管包括底端与直管段的前端螺纹连接、底端设置有通孔的且与直管段的同轴的桶体以及推杆，推杆包括设置在桶体内的滑块以及从滑块伸出且贯穿通孔的直杆。

在盾构机中，土仓隔板靠近刀盘的一侧为盾构机的土仓。球窝座安装到土仓隔板上后，清洗管的前端可以穿过球芯上的通道而进入土仓而对刀盘上的泥饼进行冲洗，以去除泥饼。又由于球芯与球窝座为球铰接，球芯可以在球窝座内转动，这样就可以摆动清洗管以调整清洗管的冲洗角度，从而使得冲洗管对刀盘的冲洗范围变大，由此，刀盘上凝结泥饼的绝大部分区域均能被冲洗到。另外，在清洗管冲洗泥饼之前，还可以利用清洗管对刀盘的预定区域进行探测，以判断刀盘上是否凝结有泥饼。例如，清洗管按预设角度向刀盘方向伸入，根据盾构机的设计参数可知，清洗管能伸入到某个预设深度及其以上则无泥饼，反之则有泥饼，这样就无需打开土仓来观察刀盘上是否有泥饼，能提升施工人员的安全。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明的一种实施方式中的清洗装置的全剖示意图；

图2为图1中的清洗装置在使用状态下的主视剖视示意图；

图3为图1中的清洗装置在使用状态下的俯视剖视示意图；

图4为图1中的密封组件的全剖示意图；

图5为本发明的一种实施方式中的清洗装置的使用状态示意图；

图6为本发明的一种实施方式中的清洗管的局部剖视图；

图7为图6中的清洗管的拆解示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了本发明的一种实施方式中的用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置1。这种清洗装置1通常安装在盾构机的土仓隔板2上。该清洗装置1包括球窝座10，设置在球窝座10内的球芯20以及清洗管40。球芯20内设置有通道21，清洗管40能穿过该通道21而对刀盘进行冲洗，以清除堵塞刀盘上固结的泥饼。

球芯20的外周面为球面，球芯20内设置有沿其轴线延伸的通道21。该通道21贯穿球芯20的通道21。在本实施例中，球芯20构造为球形，球芯20内的通道21设置成直通道21，且该通道21通过球芯20。

球窝座10设置有安装孔，该安装孔用于容纳球芯20。安装孔的内周壁为球面。该球面与球芯20的外周面相匹配，以使得球芯20与球窝座10之间形成球窝连接。当球芯20安装到球窝座10内时，球芯20内的通道21贯通球窝座10的两侧。盾构机的土仓隔板2上通常设置有球窝座安装孔，球窝座10安装在盾构机的土仓隔板2的球窝座安装孔内。这样，球芯20内的通道21贯通土仓隔板2。

如图2所示，清洗管40构造为可以通过球芯20内的通道21的管状结构。清洗管40包括前端以及与前端相对的末端。将球窝座10安装到土仓隔板2的球窝座安装孔内后，清洗管40的前端可以从盾构机的土仓隔板2的一侧伸入土仓隔板2的另一侧。清洗管40的末端用于接通清洗液供给装置80。清洗液供给装置80用于向清洗管40内注入清洗液，以使得清洗液以射流的形式从清洗管40的前端喷出。清洗液供给装置80可以是水泵。清洗液可以是水，也可以加入表面活性剂的水溶液。清洗管40的前端可以是缩口，这样清洗液从清洗管40的前端喷射的速度能更大。

如图3所示，盾构机包括壳体101、刀盘100以及土仓隔板2。壳体101通常构造成圆筒状结构，壳体101用于支撑隧道壁。刀盘100设置在壳体101前端，并设置成与壳体101同轴。土仓隔板2设置在壳体101内。土仓隔板2垂直于壳体101的轴线。土仓隔板2、壳体101和刀盘100所围合成的腔室即为土仓102。在盾构机中，土仓隔板2靠近刀盘的一侧为盾构机的土仓102。球窝座10安装到土仓隔板2上后，清洗管40的前端可以穿过球芯20上的通道21而进入土仓而对刀盘上的泥饼进行冲洗，以去除泥饼。又由于球芯20与球窝座10为球铰接，球芯20可以在球窝座10内转动，这样就可以摆动清洗管40以调整清洗管40的冲洗角度。例如，清洗管40可以向沿横向摆动来冲洗刀盘靠内或靠外的部分，而刀盘100可以绕其轴线转动，这样即能冲洗到刀盘100朝向壳体101的一侧的各个部分。尤其是，当需要冲洗刀盘100远离清洗装置1的部位时，清洗管40还能向该部位伸入以使得清洗管40的出口端靠近该部位，从而使得该部位获得较大的冲刷力。这样，冲洗管对刀盘的冲洗范围变大，由此，刀盘上凝结泥饼的绝大部分区域均能被冲洗到。另外，在清洗管40冲洗泥饼之前，还可以利用清洗管40对刀盘的预定区域进行探测，以判断刀盘上是否凝结有泥饼。例如，清洗管40按预设角度向刀盘方向伸入，根据盾构机的设计参数可知，清洗管40能伸入到某个预设深度及其以上则无泥饼，反之则有泥饼，这样就无需打开土仓来观察刀盘上是否有泥饼，能提升施工人员的安全。

优选地，球窝座10的端面向内凹陷形成内锥面。球窝座10的内锥面形的端面使得清洗管40更难与球窝座10产生干涉，清洗管40摆动的范围更大，从而对刀盘的清洗范围更大。

优选地，球窝座10包括第一法兰盖11和第二法兰盖12。第一法兰盖11和第二法兰盖12均为环形。第一法兰盖11和第二法兰盖12的内孔的内壁均为半球面。第一法兰盖11和第二法兰该均为可拆卸连接，例如螺栓连接。第一法兰盖11和第二法兰盖12处于连接状态时，第一法兰盖11和第二法兰盖12的内孔对齐，并且第一法兰盖11的内孔的大直径段和第二法兰盖12的大直径段相对接。这样，第一法兰盖11和第二法兰盖12的内孔组合成球窝座10的安装孔。这样设计更方便向球窝座10内安装球芯20。

优选地，球窝座10与球芯20之间还设置有密封圈13。密封圈13用于密封球芯20与球窝座10之间的间隙，以防止流体或粉尘从球窝座10的一侧经过球芯20与球窝座10之间的间隙而流入到球窝座10的另一侧。密封圈13优选为与球窝座10的安装孔同轴设置。密封圈13可以设置多个以增强密封效果。例如，第一法兰盖11和第二法兰盖12的内孔均设置有向内凹陷的环形凹槽，两个密封圈13分别设置在第一法兰盖11和第二法兰盖12的两个凹槽内。更优选地，第一法兰盖11和第二法兰盖12之间的设置有与球窝座10的安装孔同轴的密封圈15，这样，第一法兰盖11和第二法兰盖12之间的密封性能更好。

优选地，如图4所示，清洗装置1还包括密封组件50。密封组件50包括筒体51和密封件52。筒体51的一端接通于球芯20，并且与球芯20的通道21同轴设置。筒体51与球芯20的之间密封设置。密封件52构造为环形。密封件52固定设置在筒体51内并与筒体51同轴设置。密封件52具有挠性或弹性。密封件52的内孔用于通过清洗管40。清洗管40插入到密封组件50内后，密封件52用于密封筒体51与清洗管40之间的间隙。当盾构机的土仓内的压力较大，例如盾构机为泥水平衡盾构机带压施工时，采用清洗管40探测泥饼或者冲洗泥饼，密封组件50可以防止土仓内的泥水沿清洗管40的外壁倒灌入操作室内。这样可以避免在土仓带压状态下，人工带压进入土仓作业，提高带压作业时对泥饼探测和清洗的安全性。

优选地，清洗装置1还包括在密封件52的外壁与筒体51的内壁之间形成液压室53，以及贯通筒体51的筒壁并连通于液压室53的流体注入孔56。液压室53为密闭的腔室。向流体注入孔56内注入流体使得液压室53膨胀，流体压迫密封件52以使得密封件52与清洗管40之间的密封更严密。该流体优选为水。还可以根据土仓压力(由盾构控制室给出)设置适当的充水压力并往流体注入孔56内注水以使得密封件52紧紧包裹住清洗管40。

优先地，筒体51的内周壁凹陷形成凹槽。液压室53由该凹槽的内壁与密封件52的外周壁围合而成。当流体充入到液压室53内后，流体的压力垂直作用于密封件52的外周壁，密封件52受力更合理。液压室53内的流体压力可以设置得更小。

优选地，筒体51内周壁上的凹槽包括环形凹槽55。环形凹槽55与筒体51同轴设置。环形凹槽55的宽度小于密封环的宽度。环形凹槽55还与密封件52对齐。环形凹槽55的内壁与密封件52的外壁之间形成液压室53。这样就在密封件52外周形成环绕密封件52的液压室53。液压室53内充入流体时，液压室53内的压力均匀地作用于密封件52的外周，密封件52受力更合理，密封件52与清洗管40之间的密封效果更好。

优选地，筒体51内周壁上的凹槽还包括条槽54。条槽54由筒体51的内壁凹陷形成。环形凹槽55设置有多个。条槽54径向延伸，并接通各条环形凹槽55。密封件52设置有多个。多个密封件52沿筒体51的轴线方向依次排列。将多个密封件52被压紧在一起，以使得相邻的两个密封件52之间形成密封。每个环形凹槽55对应环绕在一个密封件52外。这样，条槽54、环形凹槽55的内壁与密封件52的外壁之间形成液压室53。由于条槽54连通于各条凹槽，向流体注入孔56中注入流体，流体通过条槽54进入到各个环形凹槽55内。各个环形凹槽55内的流体径向向内压迫与环形凹槽55所对应的密封件52，这样，各个密封件52均能均匀地与清洗管40相抵接，密封组件50的密封性能更好。

优选地，筒体51包括筒形的本体75以及盖合在本体75一端上的端盖71。端盖71与本体75之间可以采用螺栓连接。本体75的另一端上设置有向内延伸的限位部76。该限位部76优选为凸环。多个密封件52设置在限位部76和端盖71之间，被端盖71和限位部76夹紧。更优选地，端盖71设置有向限位部76径向伸出的环形凸台。环形凸台的顶端抵接于密封件52。这样能保证密封件52被夹紧时具有较大的形变量，相邻密封件52之间的密封更可靠。更优选地，端盖71与本体75之间采用多个调整螺栓连接。这样方便调节相邻两个密封件52之间的压力，使得相邻两个密封件52之间的压力分布均匀。

优选地，本体75的限位部76为凸环。凸环的顶部设置有油脂环槽57。本体75还设置有贯穿本体75且连通油脂环槽57的注脂通道58。向注脂通道58内注入润滑脂以使得润滑脂填充满油脂环槽57。当清洗管40插入到密封组件50时，润滑脂涂布到清洗管40的外周面，清洗管40的抽插更灵活。另外，由于清洗管40的外表面涂布有润滑脂，清洗管40与密封件52之间的密封更可靠。

优选地，密封组件50还包括唇式密封环59。唇式密封环59与筒体51同轴设置。唇式密封环59设置在筒体51靠近球芯20的一端。唇式密封圈的唇部朝向球芯20。在清洗管40向外抽出时，唇式密封圈能刮掉清洗管40上绝大部分的泥水，同时防止泥水进入到唇式密封圈的另一侧。唇式密封环59可以这设置在端盖74与筒体51之间，并被端盖74与筒体51的夹持住。

优选地，清洗装置1还包括设置在密封组件50与球芯20之间供清洗管40通过的通道上的第一阀门31。第一阀门31用于开启或关闭该通道。第一阀门31通常在进行泥饼探测或泥饼冲洗作业时打开，在清洗管40缩回到第一阀门31背离球芯20的一侧关闭，以避免不作业时土仓内的泥水倒灌到操作室内。

优选地，清洗装置1还包括设置在第一阀门31与密封组件50之间供清洗管40通过的通道上的第二阀门32，以及设置在第一阀门31和第二阀门32之间注水口34。注水口34上设置有第三阀门33，以开关注水口34。注水口34用于连通注水装置，注水装置用于向注水口34内注水。在清洗管40进行作业之前，首先打开第一阀门31和第三阀门33，同时关闭第二阀门32，采用注水装置向土仓内注水，以将供清洗管40通过的通道内的杂质冲洗干净。在清洗管40进行作业时，将第一阀门31和第二阀门32打开，将第三阀门33关闭即可。第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33可以是球阀。

优选地，清洗装置1还包括设置在第一阀门31和第二阀门32之间的压力表35。压力表35用于检测第一阀门31和第二阀门32之间的流体介质的压力。这样就可以监测在清洗供清洗管40通过的通道时该通道内的流体压力，可根据该流体压力来调节注水装置的功率以避免该流体压力低于土仓压力或超出土仓压力过大。

优选地，清洗装置1还包括支撑组件60。支撑组件60包括设置在第一阀门31和球芯20之间的管道30上的第一铰接座61、一端与第一铰接座61销轴连接的支撑杆62以及与支撑杆62的另一端相铰接的第二铰接座63。第二铰接座63用于与土仓隔板2固定连接。在不进行作业时，支撑组件60可以固定住球芯20的转动。在需要进行作业时，只需要将连接第一铰接座61和支撑杆62的销轴抽出，球芯20即可恢复转动的能力。

优选地，清洗管40包括直管段41和喷嘴42。喷嘴42设置在直管段41的前端，用于喷出清洗液。更优选地，如图5所示，喷嘴42沿径向设置有出液孔。这样喷嘴42能沿直管段41的径向方向向外喷射流体。这样的喷嘴42能清洗土仓内的各个角落，尤其是有利于对于刀盘外周、刀盘正面等较掩蔽位置进行冲洗。

优选地，如图6所示，清洗管40还包括取样管43。取样管43为末端封闭的管状结构。直管段41与喷嘴42之间为可拆卸连接。直管段41与取样管43之间也为可拆卸连接。取样管43与直管段41同轴设置。具体地，直管段41的前端能与喷嘴42之间形成螺纹连接，直管段41的前端也能与取样管43的底端形成螺纹连接。取样管43用于在探测泥饼阶段对泥饼取样。取样管43安装到直管段41的前端后，取样管43的开口端朝前，当取样管43插入到泥饼后缩回，取样管43内容纳有泥饼的样品90。技术人员可以对该样品90进行进一步地进行土岩分析判断。

优选地，取样管43的前端的端壁为尖端。这样更方便取样管43削切泥饼样品90。更优选地，取样管43的前端的端面为内锥面。

优选地，如图7所示，取样管43包括桶体45以及设置在桶体45内的推杆44。桶体45构造为大致的圆桶状。桶体45的底部开设有轴向延伸的通孔。推杆44包括滑块48以及从滑块48延伸出的直杆47。滑块48设置在桶体45内并且直杆47贯穿通孔。桶体45的底端设置有与桶体45同轴的内螺纹管79。直管段41的前端设置有与直管段41同轴的外螺纹管49。该外螺纹管49与内螺纹管79相匹配。优选地，外螺纹管49为锥形管。这样在拆卸取样管43，外螺纹管49和内螺纹管79之间的间隙不会产生巨大的抽吸作用。在对泥饼取样时，直杆47可以插入到外螺纹管49内并延伸到直管段41内。这样，当探测杆取出土体的样品90后，将取样管43从直管段41上取下来，然后将直杆47推入到桶体45内，滑块48将样品90顶出，样品90不会碎裂。这样更方便土体的样品90的采集。更优选地，滑块48为与取样管43同轴的圆饼结构。直杆47垂直于滑块48，并从滑块48的中心伸出。更优选地，桶体45底部的通孔内设置有套装在直杆47上的密封圈46，密封圈46用于密封桶体45底部的通孔的内壁与直杆47之间的间隙。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于冲洗盾构机刀盘的清洗装置，其特征在于，包括：球窝座，设置在球窝座内、与所述球窝座球窝连接且内部设置有贯通球窝座两侧的通道的球芯，以及一端能贯穿所述通道的清洗管，

所述清洗管的另一端用于接通清洗液供给装置。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述通道为直通道，所述清洗管为直管。

3.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置还包括密封组件，

所述密封组件包括与所述通道相接通的且与所述通道同轴的筒体以及设置在所述筒体内、环状的且与所述筒体同轴且内腔供所述清洗管通过的密封件，

所述筒体的内壁和所述密封件的外壁之间形成液压室，

向所述液压室充入流体能使得所述密封件与所述清洗管之间形成密封。

4.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，所述液压室由所述筒体的内周壁凹陷形成凹槽的内壁与所述密封件的外周壁围合而成，所述筒体还设置贯穿筒体的筒壁且连通所述液压室的流体注入孔。

5.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述凹槽包括由所述筒体的内周壁凹陷形成的、与所述筒体同轴且与所述密封件对齐的环形凹槽，

所述环形凹槽的宽度小于所述密封环的宽度。

6.根据权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，所述环形凹槽设置有多个，

所述凹槽还包括由所述筒体的内壁凹陷形成的、径向延伸的且连通各个所述环形凹槽的条槽，

所述密封件设置有多个，

多个所述密封件沿所述筒体的轴线方向依次排列且相互压紧，

每个所述环形凹槽对应环绕在一个密封件外。

7.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗管包括直管段以及设置在所述直管的前端的喷嘴。

8.根据权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，所述喷嘴设置有沿径向方向延伸的出液孔。

9.根据权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，所述直管段的前端能与所述喷嘴螺纹连接，

所述清洗装置还包括底端能与所述直管段的前端螺纹连接的取样管。

10.根据权利要求9所述的清洗装置，其特征在于，所述取样管包括底端与所述直管段的前端螺纹连接、底端设置有通孔的且与所述直管段的同轴的桶体以及推杆，

所述推杆包括设置在所述桶体内的滑块以及从所述滑块伸出且贯穿所述通孔的直杆。