CN108561142A - 高压水射流盾构机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压水射流盾构机，包括：刀盘，所述刀盘形成有容置槽；滑动喷座，滑设于所述容置槽内，所述滑动喷座内设有安置腔：水刀喷头，安装于所述安置腔内，所述水刀喷头朝向所述刀盘的外侧设置；以及供水箱，安装于上述刀盘的内侧，所述供水箱通过管路连接于所述水刀喷头。本发明解决了现有盾构机在面对原有的强度大的地下建筑切割时金属刀具损耗大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道盾构技术领域，具体涉及一种高压水射流盾构机。
背景技术
近年来随着我国城市轨道交通等地下空间开发建设的进一步发展，盾构技术作为现有地下施工的主力技术，也面临着越来越多的新问题。尤其是在城市地区的盾构施工中，不得不面对很多原有的地下建筑甚至包括旧桥墩，地基等强度很大的钢筋混凝土结构。现有的盾构机通常采用超硬合金材质的滚刀对其进行切削，这种施工方式对金属刀具的损耗非常大，往往在中途不得不进行刀具更换。而在地下条件下进行刀具更换又是一种技术难度很高并且风险较大的工作，因此往往在面对此类状况时盾构施工还需要辅以钻井开挖等其他施工技术，大大增加了工程的施工难度时间和成本。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种高压水射流盾构机，以解决现有盾构机在面对原有的强度大的地下建筑切割时金属刀具损耗大的问题。
为实现上述目的，提供一种高压水射流盾构机，包括：
刀盘，所述刀盘形成有容置槽；
滑动喷座，滑设于所述容置槽内，所述滑动喷座内设有安置腔：
水刀喷头，安装于所述安置腔内，所述水刀喷头朝向所述刀盘的外侧设置；以及
供水箱，安装于上述刀盘的内侧，所述供水箱通过管路连接于所述水刀喷头。
进一步的，所述容置槽沿所述刀盘的径向方向设置。
进一步的，所述容置槽的数量为多个，多个所述容置槽分别沿不同方向设置。
进一步的，所述滑动喷座包括：
喷座本体，所述喷座本体内设有所述安置腔；以及
滑块，连接于所述喷座本体，所述容置槽的内侧壁形成有滑槽，所述滑槽沿平行于所述刀盘的板面方向设置，所述滑块滑设于所述滑槽内。
进一步的，所述喷座本体的远离所述刀盘的一端的端面上设有喷水口和挡板，所述水刀喷头对准所述喷水口，所述挡板设置于所述喷水口的外侧。
进一步的，所述喷水口的上下两侧分别设有所述挡板。
进一步的，所述刀盘上安装有用于喷射土体改良液的固定喷头。
进一步的，还包括控制器，所述控制器连接于所述刀盘和所述固定喷头，所述滑动喷座上设有振动传感器，所述振动传感器连接于所述控制器。
本发明的有益效果在于，本发明高压水射流盾构机通过于刀盘上开设容置槽，容置槽内滑设有滑动喷座，将水刀喷头安装于滑动喷座内，一方面实现了高压水射流切割技术与现有盾构机的金属刀具互相辅助切割原有的地下的强度大的钢筋混凝土结构，利用水刀喷头喷射高压水流来切割高强度的钢筋混凝土，从而避免了金属刀具的损耗，另一方面，安装有水刀喷头的滑动喷座的位置可调节，从而使得水刀喷头的位置可调节，只需将水刀喷头调节至合适工作位置，即可实现了水刀的一刀多个位置的利用，大大提高每台水刀的利用率。
附图说明
图1为本发明高压水射流盾构机的结构示意图。
图2为本发明高压水射流盾构机的刀盘的结构示意图。
图3为本发明高压水射流盾构机的滑动喷座的结构示意图。
图4为图3中A-A处的剖视图。
图5为本发明高压水射流盾构机的检测工作原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明高压水射流盾构机的结构示意图、图2为本发明高压水射流盾构机的刀盘的结构示意图、图3为本发明高压水射流盾构机的滑动喷座的结构示意图、图4为图3中A-A处的剖视图、图5为本发明高压水射流盾构机的检测工作原理图。
参照图1至图5所示，本发明提供了一种高压水射流盾构机，包括可转动的刀盘1、滑动喷座2和水刀喷头3。刀盘1上形成有容置槽11。滑动喷座2滑设于容置槽11内。滑动喷座2的远离刀盘1的端面上开设有喷水口212，滑动喷座2内设有连通于喷水口212的安置腔211。水刀喷头3安装固定于安置腔211内。水刀喷头3朝向刀盘1的外侧设置并对准喷水口212。刀盘的内侧安装有供水箱(附图中未显示)，供水箱通过管路连接于水刀喷头。容置槽沿刀盘的轴向方向贯通于刀盘1，使得管路的一端能连接于水刀喷头和供水箱之间。供水箱通过增压泵等增压元件将水增压后通过水刀喷头喷射而出。
本发明高压水射流盾构机通过于刀盘上开设容置槽，容置槽内滑设有滑动喷座，将水刀喷头安装于滑动喷座内，一方面实现了高压水射流切割技术与现有盾构机的金属刀具互相辅助切割原有的地下的强度大的钢筋混凝土结构，利用水刀喷头喷射高压水流来切割高强度的钢筋混凝土，从而避免了金属刀具的损耗，避免了现有金属刀具在切削钢筋混凝土等坚硬底层时的严重损耗，规避了潜在的风险，节约了施工成本。另一方面，安装有水刀喷头的滑动喷座的位置可调节，从而使得水刀喷头的位置可调节，只需将水刀喷头调节至合适工作位置，即可实现了水刀的一刀多个位置的利用，大大提高每台水刀的利用率。
水射流切割是将水(或者水加磨料)加压后通过水喷嘴(水刀喷头)喷射出一道高速的水射流。本发明高压水射流盾构机采用水刀以利用高速水射流代替原有用于切割钢筋混凝土等硬质地层的金属刀具，解决现有技术中金属刀具磨损严重带来的一系列弊端。
在本实施例中，容置槽11的数量为多个。每一个容置槽11沿刀盘1的径向方向设置。多个容置槽分别沿不同方向布置。容置槽的数量可根据实际需要来确定，水刀可部分或全部替代原用于硬质地层切割的金属滚刀等刀具。供水箱管路连接于多个水刀喷头。
滑动喷座2包括喷座本体21和滑块22。喷座本体21内形成有安置腔211。喷座本体21的远离刀盘的一端的端面上形成有喷水口212，安置腔211连通于喷水口212。水刀喷头对准喷水口212滑块22连接于喷座本体21。容置槽11的内侧壁形成有滑槽111，滑槽111沿平行于刀盘1的径向方向设置。滑块22滑设于滑槽111内。
水刀喷头3的底部通过加装的法兰安装在滑动喷座2的安置腔211上。
喷座本体21的远离刀盘1的一端的端面上设有挡板213。在本实施例中，挡板213有两道，两道挡板213分别设于喷水口的上下两侧，以用于保护水刀喷头在移动时与与地下的钢筋混凝土结构等高强度物体发生碰撞而损毁，另一方面，当刀盘转动时，设置于喷水口的上下两侧的挡板可以降低挡板与刀盘前方的土体的摩擦阻力。
作为一种较佳的实施方式，刀盘1的外侧安装有用于喷射土体改良液的固定喷头4。具体的，刀盘的外侧连接有固定喷座，固定喷座的形成有贯通的容置腔，容置腔中安装有固定喷头。刀盘的内侧安装有用于存储土体改良液的储液箱，储液箱通过管路连接于固定喷头，刀盘上形成有贯孔，该管路贯穿于贯孔中。通过固定喷头喷射土体改良液后，待盾构机前方的土体改良完成后，开启水刀喷头对土体进行切割，避免土体大量进水造成地面隆起等严重后果。土体改良液根据土体的土质不同可选用表面活性剂、泡沫剂等种类试剂，并根据实际情况调节喷射量，用于改变土体的渗透性亲水性等特性并加强土体结构强度从而实现土体改良的目的。
作为一种较佳的实施方式，固定喷座有多个，部分固定喷座的容置腔中可根据需要安装水刀喷头，以提高水刀喷头的数量，提高盾构施工掘进效率。
在本实施例中，本发明高压水射流盾构机还包括控制器6。刀盘1连接有驱动电机。固定喷头4上设有第一控制阀，以开启和关闭固定喷头。滑动喷座2的滑块连接有驱动油缸，驱动油缸连接于滑槽的内侧壁，驱动油缸利用活塞杆的伸缩移动滑动喷座。水刀喷头上设有第二控制阀，以开启和关闭水刀喷头。滑动喷座2的面向刀盘的外侧的一端的端面上设有振动传感器5，振动传感器用于采集滑动喷座前方土体的振动信号。
控制器6连接于驱动电机、驱动油缸、第一控制阀、第二控制阀和振动传感器5。
在本实施例中，刀盘上即安装了传统的金属刀具，也安装了水刀喷头。在实际工作时，当水刀盾构机掘进至预计可能有钢筋混凝土地层前，停止掘进，对水刀盾构机前方的土层进行检测。
再结合图5，具体的水刀盾构机的检测工作原理如下：
步骤1：在水刀盾构机停止掘进后，控制器开启第二控制阀以打开水刀喷头，使得水刀喷头喷射低流量(远低于水刀喷头的正常切割时的工作流量)的高压水(不含磨料)；
步骤2：控制器开启驱动电机和振动传感器，使得刀盘旋转一周，振动传感器实时采集振动信号并向控制器发送振动信号。
步骤3：控制器接收振动传感器的振动信号并判断水刀盾构机前方土层中是否含有钢筋等强度大的硬质材料。
控制器中预设有参考振幅(该参考振幅为土层中不含有钢筋时的振幅)。控制器根据振动传感装置传回的振动信号，通过将振动信号中实测振幅与参考振幅比较后，判断前方土层有无钢筋和钢筋分布的区域(土层中含有钢筋的区间，其振幅会大于参考振幅)。当实测振幅大于参考振幅，则表示前方土层中含有钢筋；当实测振幅等于参考振幅时，则表示前方土层中不含有钢筋。
如前方土层未检测到钢筋，则水刀盾构机继续利用金属刀具正常掘进。
如前方土体有钢筋，此时如直接则使用水刀喷头进行水射流切割，则会因土体大量进水造成地面隆起等严重后果。因此，控制器开启驱动电机，使得固定喷头对准含有钢筋的土层。控制器打开第一控制阀，使得固定喷头向含有钢筋的土层喷注土体改良液，并根据实际情况调节喷射量。待土体改良完成后，控制器开启驱动电机和驱动油缸，使得滑动喷头对准改良后的土层。在滑动喷头对准改良后的土层后，控制器开启第二控制阀打开水刀喷头，使得水刀喷头利用水射流切割改良土层和改良土层中的钢筋等硬质材料。
当改良土层中的钢筋等强度大的硬质材料被切割后，控制器关闭第二控制阀，使用金属刀具进行正常切削掘进。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。
Claims (8)
1.一种高压水射流盾构机，其特征在于，包括：
刀盘，所述刀盘形成有容置槽；
滑动喷座，滑设于所述容置槽内，所述滑动喷座内设有安置腔：
水刀喷头，安装于所述安置腔内，所述水刀喷头朝向所述刀盘的外侧设置；以及
供水箱，安装于上述刀盘的内侧，所述供水箱通过管路连接于所述水刀喷头。
2.根据权利要求1所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述容置槽沿所述刀盘的径向方向设置。
3.根据权利要求1所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述容置槽的数量为多个，多个所述容置槽分别沿不同方向设置。
4.根据权利要求1所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述滑动喷座包括：
喷座本体，所述喷座本体内设有所述安置腔；以及
滑块，连接于所述喷座本体，所述容置槽的内侧壁形成有滑槽，所述滑槽沿平行于所述刀盘的板面方向设置，所述滑块滑设于所述滑槽内。
5.根据权利要求4所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述喷座本体的远离所述刀盘的一端的端面上设有喷水口和挡板，所述水刀喷头对准所述喷水口，所述挡板设置于所述喷水口的外侧。
6.根据权利要求4所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述喷水口的上下两侧分别设有所述挡板。
7.根据权利要求1所述的高压水射流盾构机，其特征在于，所述刀盘上安装有用于喷射土体改良液的固定喷头。
8.根据权利要求7所述的高压水射流盾构机，其特征在于，还包括控制器，所述控制器连接于所述刀盘和所述固定喷头，所述滑动喷座上设有振动传感器，所述振动传感器连接于所述控制器。
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