CN109281681B - 兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置和使用方法，包括密封座、驱动部、增压泵、水平注水钻机和用于带动水平注水钻机进退的直线运动机构；所述水平注水钻机的钻头外径与其钻杆外径一致，在所述钻头上安装有喷嘴，所述喷嘴的喷口与所述钻杆内注水通道连通，所述增压泵的出水口与所述钻杆内的注水通道密封连通，所述密封座用于安装在盾构机的水平加固孔处，以密封所述水平加固孔与所述钻杆之间的缝隙，所述密封座采用唇型密封垫。在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后，能够在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼，由于不需要开仓，作业安全性高、效率高、成本低。

Description

兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置及 使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，具体涉及一种在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼的装置，还涉及它的使用方法。

背景技术

在盾构隧道施工中，盾构机在泥岩及软弱地层的地质条件下掘进时常常会出现糊刀盘或结泥饼的情况，进而导致盾构机出渣不畅，不得不停机开仓进行处理，不仅对工期和物资进行了消耗，还承担了开仓的安全风险。

现有技术中，一般重在采取预防措施避免盾构机刀盘出现附积泥饼的现象，如公开于2017年12月12日的中国专利文献CN206737923U记载了一种用于盾构刀盘泥饼冲洗的固定喷头，所述固定喷头结构包括喷头体、喷水孔、进水孔；进水孔处于喷头体的中心位置，在喷头体的四个侧面各有一个喷水孔，并与进水孔连通。

然而，上述这类设备仅用于清除刀盘中积附的少量泥块，无法解决在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼的技术问题。

发明内容

本发明的发明目的之一是提供一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，以解决在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后，现有技术中不存在能够在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼的设备的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，包括密封座、驱动部、增压泵、水平注水钻机和用于带动水平注水钻机进退的直线运动机构；所述水平注水钻机的钻头外径与其钻杆外径一致，在所述钻头上安装有喷嘴，所述喷嘴的喷口与所述钻杆内注水通道连通，所述增压泵的出水口与所述钻杆内的注水通道密封连通，所述密封座用于安装在盾构机的水平加固孔处，以密封所述水平加固孔与所述钻杆之间的缝隙，所述密封座采用唇型密封垫。

优选的，所述密封座用于从所述盾构机的盾尾侧安装在所述水平加固孔处，所述密封座为多道多层唇形密封垫。

优选的，所述驱动部包括液压泵站、与液压泵站对应连接的多个换向阀和分别与换向阀对应连接的液压马达，这些液压马达分别用于驱动增压泵、水平注水钻机和直线运动机构运动。

优选的，所述喷嘴的喷水口与所述钻杆的轴线夹角为0°～90°。

本发明兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的有益效果是：采用水平注水钻机和安装在钻头上的喷嘴，增压泵输出的高压水能够从喷嘴处喷处并对盾构机的刀盘进行清洗，并在泥水仓形成高压水环境，密封座能够避免泥水仓的带压泥浆进入盾构机的气垫仓内，在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后，能够在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼，由于不需要开仓，作业安全性高、效率高、成本低。

本发明的发明目的之二是提供前述的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的使用方法，以解决在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后，如何在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼的技术问题。

一种使用前述的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的方法，包括以下步骤：

（1）将所述用于去除盾构机刀盘泥饼的装置安装在盾构机上，使所述水平注水钻机的钻杆轴线与所述盾构机的水平加固孔轴线共线，将所述密封座从盾构机尾侧安装在所述水平加固孔处，备足冲洗液，并将增压泵的进水口与所述冲洗液管道连通；

（2）操作盾构机，使所述盾构机的刀盘卸渣口转动至对应于所述水平加固孔位置处；启动所述用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，使所述直线运动机构带动所述水平注水钻机向水平加固孔侧前进，并使所述水平注水钻机的钻杆贯穿所述密封座，且在空心钻头与水平加固孔端头处的球阀接触前，使所述水平注水钻机停止移动；开启所述球阀后，使所述水平注水钻机的钻杆通过所述球阀，在所述水平注水钻机运动到能够安装加长钻杆的位置处时，在所述水平注水钻机上安装加长钻杆，以使在所述直线运动机构的有效行程范围内从所述水平注水钻机的钻头喷出的高压水能够冲洗所述卸渣口；

（3）开启增压泵，通过喷嘴的旋转和进退冲洗所述卸渣口，在此过程中，根据喷嘴相对于盾构机刀盘的位置更换钻头，以使在喷嘴向盾构机掘进方向前移过程中，钻头上的喷嘴与钻杆轴线的角度从0°增大至90°；冲洗完毕后，关闭增压泵，拆卸所述加长钻杆，关闭水平加固孔端头处的球阀，使水平注水钻机的钻头退出水平加固孔后检查冲洗效果，重复本步骤直至该卸渣口全部清理干净；

（4）根据需要重复步骤（2）和步骤（3），以清洗所述盾构机的其它刀盘卸渣口。

与现有技术相比，本发明使用前述的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的方法的有益效果是：在盾构机刀盘泥饼成型且盾构机的出渣口已经堵塞后，能够在不开仓的情况下去除盾构机刀盘泥饼，由于不需要开仓，作业安全性高、效率高、成本低。

附图说明

图1为现有技术中泥水平衡盾构机的局部结构图。

图2为泥水平衡盾构机的剖面图，在图中安装有本发明的密封座。

图3为图2的A部放大图。

图4本发明一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的使用状态图之一。

图5为本发明一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的使用状态图之二。

图6为本发明一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的第一种钻头的二视图。

图7为本发明一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的第二种钻头的二视图。

图8为本发明一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的第三种钻头的左视图。

图中，1-直线运动机构，11-导轨，12-导轮，2-液压马达，3-水平注水钻机，31-回转机构，32-手动阀，33-三通接头，34-空心钻杆，35-空心钻头，350-喷嘴，351-喷嘴，352-喷嘴，353-喷嘴，354-喷嘴，36-前端支撑部，4-液压马达，5-密封座，51-锁紧螺杆，91-刀盘区，92-气垫仓与泥水仓隔板，921-水平加固孔，93-气垫仓与水平探孔平台隔板，94-水平探孔平台，95-球阀，96-球阀，97-钢管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

泥水平衡盾构机刀盘91后方设置有泥水仓与气垫仓隔板92，水平探孔平台94连接有气垫仓与水平探孔平台隔板93，水平加固孔921为泥水平衡盾构机上的钢管97形成，钢管97的一端固定连接于泥水仓与气垫仓隔板92，另一端固定连接于气垫仓与水平探孔平台隔板93，钢管97用于便于水平探孔平台94内空间与泥水仓空间连通，但又能够避免泥水仓中的泥水涌入气垫仓内。在泥水仓与气垫仓隔板92后方，在钢管97上设有球阀95，在气垫仓与水平探孔平台隔板93后方，在钢管97上设有球阀96。一般状态下，球阀95和球阀96均为截断状态，这样，能够避免泥水仓内的泥水经钢管97涌入水平探孔平台94处。一种现有的泥水平衡盾构机的钢管97的内径为100mm。

实施例1：一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，参见图1-5，包括密封座5、驱动部、增压泵（未画出）、水平注水钻机3、用于带动水平注水钻机3进退的直线运动机构1。

驱动部选择液压泵站和分别与液压泵站管道连接的多个换向阀和分别与对应的换向阀管道连接的多台液压马达，液压马达2用于驱动直线运动机构，液压马达4用于驱动水平注水钻机，还有一台液压马达（未画）用于驱动增压泵。

水平注水钻机3带有注水通道，包括回转机构31、空心钻杆34、空心钻头35、手动阀32，其中手动阀32可根据需要安装，在水平注水钻机3的前方还可以安装有前端支撑部36，用于保持空心钻杆34的水平平衡。空心钻头35的钻头外径≤空心钻杆34的外径，在空心钻头35上安装有喷嘴350，喷嘴350的喷口与空心钻杆34内注水通道连通，增压泵的出水口与空心钻杆34内的注水通道密封连通，在本实施例中，增压泵选用高压抽水泵，有两台，与增压泵匹配的液压马达也有两台，所以在手动阀32的后方安装有三通接头33，以分别连接两台增压泵的出水口。液压马达4与回转机构31的输入轴传动连接，由于钻开盾构机的出渣口并不需要过大的力，所以液压马达4与回转机构31的输入轴通过链轮连轴器传动连接即可。

本实施例中，喷嘴350的喷孔内径为3mm，参见图4，喷嘴351的喷孔与空心钻杆34的轴线夹角选择45°，喷嘴352的喷孔与空心钻杆34的轴线夹角选择30°，参见图5，喷嘴353的喷孔与空心钻杆34的轴线夹角选择35°，喷嘴354的喷孔与空心钻杆34的轴线夹角选择15°。参见图6，在图6中钻头35上设有四个喷嘴，这四个喷嘴的喷孔与空心钻杆34的轴线夹角分别为45°、35°、30°、15°，还可以根据需要制作0°～90°的夹角。

密封座5用于安装在盾构机的水平加固孔921处，以密封水平加固孔921与空心钻杆34之间的缝隙，密封座5采用多道多层唇型密封垫，密封座5最好从盾构机尾侧安装在水平加固孔921处。唇形密封垫能够满足高压密封需要，避免从喷嘴35喷出的高压水搅动泥水仓内泥水后泥水经水平加固孔921与空心钻杆34之间的间隙涌入泥水仓，能够防止掌子面泥水或土体通过所述缝隙喷涌。参见图2-3，密封座5可以选用台阶式密封座，在每层台阶处均安装有多层唇形密封垫，在唇形密封垫内还可以加注润滑油，在台阶式密封座的最外方还设有锁紧螺杆51。对应于钢管97内径为100mm的泥水平衡盾构机，空心钻杆34的外径可以选择91mm，密封座5的较小内径可以是89mm。

本实施例中，直线运动机构1包括导轨11和枢装在水平钻机3基座上的导轮12，导轨11选用两条平行设置的工字钢轨，导轮12要选用与工字钢轨配合的导轮，驱动部2安装在水平钻机3的基座上，液压马达2的输出轴上安装有齿轮，导轮12的轮轴上也安装有齿轮，这两个齿轮啮合传动连接，这样驱动部2就能够驱动导轮12转动，直线运动机构1就能够带动回转机构31沿导轨11的方向前后移动。

该用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）将用于去除盾构机刀盘泥饼的装置安装在盾构机上，具体可以安装在水平探孔平台94上，在靠近于气垫仓侧，直线运动机构1的端部处可以设置用于使空心钻杆34保持水平又不影响空心钻杆34转动的前端支撑部36，它又能够充当直线运动机构1的前端限位，前端支撑部36与空心钻杆34滑动连接，使空心钻杆34轴线与水平加固孔921轴线共线，将密封座5从盾构机的尾侧法兰连接安装在水平加固孔921处，备足冲洗液，冲洗液可以选用水，并将增压泵的进水口与冲洗液管道连，具体的，增压泵可以沉入冲洗液的底部，或者增压泵的进水口通过硬管延伸入冲洗液底部；在具体使用时，增压泵可以选择能够使水平钻机3注水通道内压力达到40MPa的型号。

（2）操作盾构机，使盾构机的刀盘卸渣口转动至对应于水平加固孔921位置处；启动用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，操作液压马达2的换向阀，使直线运动机构1带动水平注水钻机3向水平加固孔921侧运动，并使空心钻杆34贯穿密封座5，且在空心钻头35的前端与球阀96接触前，操作液压马达2的换向阀，使直线运动机构1停止移动；开通水平加固孔端头处的球阀96，可以在这时同时开通球阀95，球阀95和球阀96是盾构机具有的零部件，球阀96可以在气垫仓外开启，球阀95需要工作人员带压进入气垫仓操作；操作液压马达2的换向阀，使直线运动机构1带动水平注水钻机3贯穿球阀95和球阀96处，在水平注水钻机3运动到能够安装加长钻杆的位置处时，水平注水钻机3停止移动，并旋紧锁紧螺杆51使锁紧螺杆抵压锁定空心钻杆34，这样在空心钻杆34延伸连接或分体拆卸时能够保证该钻杆不会因为仓内压力导致钻杆喷出，卸下空心钻杆34与回转机构31的连接，操作液压马达2的换向阀，使直线运动机构1带动水平注水钻机3向远离水平加固孔921侧运动至能够安装加长钻杆的位置，在水平注水钻机3上安装加长钻杆，以使在直线运动机构1的有效行程范围内从水平注水钻机3的喷嘴351喷出的高压水能够冲洗卸渣口，之后旋松锁紧螺杆51，使空心钻杆34解除锁定；

（3）开启与增压泵连接的液压马达，通过喷嘴351的旋转和进退冲洗卸渣口，具体的通过操作液压马达2实现控制喷嘴351的进退，并根据喷嘴351相对于盾构机刀盘的位置更换钻头，以使在喷嘴向盾构机掘进方向前移过程中，钻头上的喷嘴与钻杆轴线的角度从0°增大至90°。从掘进方向看，喷嘴351对盾构机刀盘从后向前逐步冲洗。先清理刀盘后面的渣土，清理完成后喷嘴逐步前移，直至到刀盘正前方。当喷嘴到达刀盘的正前方时，此时更换喷嘴角度（90°），可实现对刀盘正面的冲洗。通过操作液压马达4实现控制喷嘴351的旋转；冲洗1小时后，关闭增压泵，拆卸加长钻杆，关闭水平加固孔921端头处的球阀，使水平注水钻机3的空心钻头35退出水平加固孔921后检查冲洗效果，重复本步骤直至该卸渣口全部清理干净；

（4）根据需要重复步骤（2）和步骤（3），以清洗所述盾构机的其它刀盘卸渣口。

上述实施例记载的兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置适用于冲洗泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (5)

1.一种兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，其特征在于，包括密封座、驱动部、增压泵、水平注水钻机和用于带动水平注水钻机进退的直线运动机构；所述水平注水钻机的钻头外径与其钻杆外径一致，在所述钻头上安装有喷嘴，所述喷嘴的喷口与所述钻杆内注水通道连通，所述增压泵的出水口与所述钻杆内的注水通道密封连通，所述密封座用于安装在盾构机的水平加固孔处，以密封所述水平加固孔与所述钻杆之间的缝隙，所述密封座采用唇型密封垫；水平注水钻机带有注水通道，包括回转机构、空心钻杆及空心钻头，所述钻杆包括加长杆；直线运动机构包括导轨和枢装在水平注水钻机上的导轮，驱动部包括用于驱动直线运动机构的液压马达，液压马达和导轮通过齿轮啮合传动连接以驱动导轮转动，密封座上设置有锁紧螺杆，所述直线运动机构带动所述水平注水钻机向水平加固孔侧前进，并使所述水平注水钻机的钻杆贯穿所述密封座，在空心钻头与水平加固孔端头处的球阀接触前，使所述水平注水钻机停止移动；开启球阀后，所述水平注水钻机的钻杆通过所述球阀，在所述水平注水钻机运动到能够安装加长钻杆的位置处时停止移动，旋紧锁紧螺杆使锁紧螺杆抵压锁定空心钻杆，卸下空心钻杆与回转机构的连接，操作液压马达使直线运动机构带动水平注水钻机向远离水平加固孔侧运动至能够安装加长钻杆的位置，在所述水平注水钻机上安装加长钻杆，以使在所述直线运动机构的有效行程范围内从所述水平注水钻机的钻头喷出的高压水能够冲洗卸渣口。

2.如权利要求1所述的兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，其特征在于，所述密封座用于从所述盾构机的盾尾侧安装在所述水平加固孔处，所述密封座为多道多层唇形密封垫。

3.如权利要求1所述的兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，其特征在于，所述驱动部包括液压泵站、与液压泵站对应连接的多个换向阀和分别与换向阀对应连接的液压马达，这些液压马达分别用于驱动增压泵、水平注水钻机和直线运动机构运动。

4.如权利要求1所述的兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，其特征在于，所述喷嘴的喷水口与所述钻杆的轴线夹角为0°～90°。

5.一种使用如权利要求1-4中任一项所述的兼顾安全、成本和效率的用于去除盾构机刀盘泥饼的装置的方法，包括以下步骤：

（1）将所述用于去除盾构机刀盘泥饼的装置安装在盾构机上，使所述水平注水钻机的钻杆轴线与所述盾构机的水平加固孔轴线共线，将所述密封座从盾构机尾侧安装在所述水平加固孔处，备足冲洗液，并将增压泵的进水口与冲洗液管道连通；

（2）操作盾构机，使所述盾构机的刀盘卸渣口转动至对应于水平加固孔位置处；启动所述用于去除盾构机刀盘泥饼的装置，使所述直线运动机构带动所述水平注水钻机向水平加固孔侧前进，并使所述水平注水钻机的钻杆贯穿所述密封座，且在空心钻头与水平加固孔端头处的球阀接触前，使所述水平注水钻机停止移动；开启所述球阀后，使所述水平注水钻机的钻杆通过所述球阀，在所述水平注水钻机运动到能够安装加长钻杆的位置处时，在所述水平注水钻机上安装加长钻杆，以使在所述直线运动机构的有效行程范围内从所述水平注水钻机的钻头喷出的高压水能够冲洗所述卸渣口；

（3）开启增压泵，通过钻杆的旋转和进退冲洗所述卸渣口在此过程中，根据喷嘴相对于盾构机刀盘的位置更换钻头，以使在喷嘴向盾构机掘进方向前移过程中，钻头上的喷嘴与钻杆轴线的角度从0°增大至90°；冲洗完毕后，关闭增压泵，拆卸所述加长钻杆，关闭水平加固孔端头处的球阀，使水平注水钻机的钻头退出水平加固孔后检查冲洗效果，重复本步骤直至该卸渣口全部清理干净；

（4）根据需要重复步骤（2）和步骤（3），以清洗所述盾构机的其它刀盘卸渣口。