CN109365376B - 盾构机旋转式冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了盾构机旋转式冲刷装置，解决了现有土压平衡盾构机的刀盘和前隔板上易结泥饼、螺机易卡死的技术问题。本发明包括与冲刷液体的供应单元相连的喷射单元及带动喷射单元转动的驱动单元，所述喷射单元设置在前盾隔板和刀盘之间，所述驱动单元通过旋转支座设置在前盾隔板的后侧，驱动单元的旋转轴与旋转支座之间设置有密封单元。本发明可以通过驱动单元带动喷射单元旋转，进而实现搅拌土舱中渣土的功能，改善渣土的流动性，提高螺机出渣的可靠性；在喷射单元旋转的同时，可将刀盘和前隔板上所结的泥饼进行冲刷，能够进一步保证螺机出渣的可靠性；密封单元还能完成对土舱中渣土的密封，防止渣土进入前盾隔板后侧而发生安全事故。

Description

盾构机旋转式冲刷装置

技术领域

本发明涉及盾构机刀盘冲刷技术领域，特别是指盾构机旋转式冲刷装置。

背景技术

盾构机作为一种较为先进的隧道施工方法，已经广泛应用于铁路隧道、城市地铁的修建。其中，土压平衡盾构机由于结构相对简单、施工方便等优势得到了广泛的应用。在土压平衡盾构机掘进过程中，渣土的性质对于维持开挖过程的动态平衡有重大影响，特别是砂砾地层的掘进。砾砂地层的渗透性较高，会产生较多的问题。第一，很难维持开挖面上的土压力，容易导致螺旋输送机渣土出口产生喷涌；第二，砂层的渗透性过高还会导致土压舱的土体排水固结，容易在刀盘上结泥饼；第三，由于砾砂地层土体流动性较差，土颗粒之间摩擦阻力很大，当土舱内充满渣土时，刀盘扭矩、螺旋输送机转矩及千斤顶推力将会大大增加，对以上部件造成严重的损伤；第四，土体流塑性差还会导致大颗粒砾石滞留土舱底部，严重时盾构机将无法推进。

为保证土压平衡盾构机正常施工，一种常见的方法就是对土舱内渣土进行改良，需要将刀盘切削的渣土在土压舱内改良成一种塑性流动状态，改良后的渣土需要具有较低的渗透性和较好的流动性。通过向砾砂地层中添加细小颗粒，填充原地层大颗粒形成的空隙，可以降低其渗透系数；向原有土层中添加细小颗粒同时也能增加砂颗粒之间的流动性，达到较好地控制开挖面压力和顺利排出渣土的目的。

为解决上述问题，大多数盾构机在前盾隔板和刀盘上布置了泡沫、膨润土以及其他土质改良介质等喷口，在掘进的过程中对土舱内的渣土进行改良。然而，在实际工程中土质改良效果并不好，且容易在刀盘和前隔板上结泥饼，出现螺机卡死等工程问题。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出盾构机旋转式冲刷装置，解决了现有土压平衡盾构机的刀盘和前隔板上易结泥饼、螺机易卡死的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：盾构机旋转式冲刷装置，包括与冲刷液体的供应单元相连的喷射单元及带动喷射单元转动的驱动单元，所述喷射单元设置在前盾隔板和刀盘之间，所述驱动单元通过旋转支座设置在前盾隔板的后侧，驱动单元的旋转轴与旋转支座之间设置有密封单元。本发明可以通过驱动单元带动喷射单元旋转，进而实现搅拌土舱中渣土的功能，改善渣土的流动性，提高螺机出渣的可靠性；在喷射单元旋转的同时，可将刀盘和前隔板上所结的泥饼进行冲刷，能够进一步保证螺机出渣的可靠性；另外，密封单元还能完成对土舱中渣土的密封，防止渣土进入前盾隔板后侧而发生安全事故。

进一步地，所述驱动单元包括驱动轴中空的驱动器，冲刷液体的供应单元通过驱动轴的中空通道与喷射单元相连通。使用驱动轴中空的驱动器连接前端喷射单元和后端供应单元，不仅能够使整个装置紧凑，而且能够更加便捷、可靠地设置密封单元，充分保证密封的可靠性。

所述驱动器为中空的液压马达或中空的电机，液压马达或中空的电机的空心驱动轴前端连接有空心的主旋转轴、后端连接冲刷液体的供应单元，空心驱动轴的前端头与主旋转轴的轴内通道相连通，主旋转轴通过轴承组安装在所述旋转支座内，所述喷射单元与主旋转轴固定连接，喷射单元的喷射通道与主旋转轴的轴内通道相连通。使用中空的液压马达的空心驱动轴作为连接前端喷射单元和后端供应单元，不仅能够使整个装置紧凑，而且能够更加便捷、可靠地设置密封单元，充分保证密封的可靠性。另外，液压马达相对电机具有更大的扭矩，更加适合掘进工作的使用。

进一步地，所述冲刷液体的冲刷压力为200Mpa-400MPa，使用高压力的冲刷液体可以获得更佳的冲刷效果。所述喷射单元包括指针型旋转喷头，指针型旋转喷头的端部设置有冲刷头，指针型旋转喷头固定连接在喷头支座上，喷头支座固定连接在主旋转轴的端部，喷头支座与主旋转轴之间设置有第一O型密封圈。指针型旋转喷头，可以有效地扩大搅拌面积，进一步保证了渣土的流动性，第一O型密封圈可以保证主旋转轴与指针型旋转喷头之间密封的可靠性。

进一步地，所述空心驱动轴的后端头连接有回转接头，回转接头与冲刷液体的供应单元相连。回转接头可以保证驱动单元可以连续地进行旋转，可以有效提高旋转的高效性。

进一步地，所述轴承组包括与主旋转轴相配合的轴承，轴承与旋转支座之间设置有轴承安装座，所述密封单元设置在主旋转轴与轴承安装座的轴肩之间。

进一步地，所述密封单元包括在轴承安装座上设置的密封跑道，轴承安装座内开设有与密封跑道相连通的油脂通道，所述油脂通道通向轴承安装座的内壁，轴承安装座的内壁上设置有与油脂通道的端口相配合的密封压环，密封压环的前后两侧均设置有密封圈，密封圈的内环面与主旋转轴的外周面压紧配合，密封环的外环面与轴承安装座的内壁面压紧配合。密封压环和密封圈与主旋转轴形成的密封道，可以有效防止泥渣进入盾体内，在高压油脂的作用下，形成紧贴主旋转轴的油脂密封环，实现对土舱中泥渣的密封。

进一步地，所述油脂通道通向轴承安装座的内壁的一端依次设置有三个端口，从前至后三个端口处分别设置有第一密封压环、第二密封压环和第三密封压环，相应地从前至后设置有第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈，第四密封圈与轴承安装座的轴肩之间设置有第四密封压环。采用四道承压较高的密封圈配合高压油脂进行渣土密封，在高压油脂的作用下，形成紧贴主旋转轴的多道油脂密封环，共同实现土舱中泥渣的密封，可充分有效防止泥渣进入盾体内。

进一步地，所述轴承安装座的前端部与前盾隔板之间设置有密封压紧端盖，密封压紧端盖内设置有与所述油脂通道相连的密封通道，密封通道一端与油脂通道相连、另一端通向主旋转轴的外周面上，密封压紧端盖的外壁面与旋转支座的内壁面之间设置有第二O型密封圈。密封压紧端盖和第二O型密封圈的设置，可以进一步提高密封的可靠性。

进一步地，所述轴承安装座通过法兰盘固定设置在旋转支座上，所述法兰盘设置在轴承安装座的密封跑道与密封压环之间的位置，法兰盘与旋转支座之间设置有第三O型密封圈。第三O型密封圈的设置，可以进一步提高密封的可靠性。

本发明可以实现三种功能，即指针型旋转喷头在土舱中的旋转搅拌作用、渣土改良介质或冲刷介质的喷射作用以及土舱渣土密封作用。具体为驱动单元带动喷射单元旋转，进而实现搅拌土舱中渣土的功能，进而改善渣土的流动性，提高螺机出渣的可靠性；在喷射单元旋转的同时，可将刀盘和前隔板上所结的泥饼进行冲刷，能够进一步保证螺机出渣的可靠性；另外，密封单元还能完成对土舱中渣土的密封，防止渣土进入前盾隔板后侧而发生安全事故。本发明可完成对前隔板和刀盘上泥饼的实时冲刷，继而防止泥饼的产生；同时实现搅拌土舱中渣土的功能，进而改善渣土的流动性，提高螺机出渣的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中密封单元的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，盾构机旋转式冲刷装置，如图1所示，包括与冲刷液体的供应单元相连的喷射单元及带动喷射单元转动的驱动单元，所述喷射单元设置在前盾隔板和刀盘之间，所述驱动单元通过旋转支座4设置在前盾隔板2的后侧，驱动单元的旋转轴与旋转支座4之间设置有密封单元。本发明可以通过驱动单元带动喷射单元旋转，进而实现搅拌土舱中渣土的功能，改善渣土的流动性，提高螺机出渣的可靠性；在喷射单元旋转的同时，可将刀盘和前隔板上所结的泥饼进行冲刷，能够进一步保证螺机出渣的可靠性；另外，密封单元还能完成对土舱中渣土的密封，防止渣土进入前盾隔板后侧而发生安全事故。

所述驱动单元包括中空的液压马达7，液压马达7的空心驱动轴7-1前端连接有空心的主旋转轴13、后端连接冲刷液体的供应单元，空心驱动轴7-1的前端头与主旋转轴13的轴内通道相连通，主旋转轴13通过轴承组安装在所述旋转支座4内。如图2所示，主旋转轴13的前端通过挡板3安装在前盾隔板3上，所述喷射单元与主旋转轴13固定连接，喷射单元的喷射通道与主旋转轴13的轴内通道相连通。液压马达7与主旋转轴13通过花键连接，因此液压马达7转动的同时带动主旋转轴13旋转，而喷射单元与主旋转轴13通过螺钉固定连接，所以最终带动喷射单元转动；冲刷液体从供应单元依次通过回液压马达7、主旋转轴13到达喷射单元，实现旋转喷射。使用中空的液压马达7的空心驱动轴7-1作为连接前端喷射单元和后端供应单元，不仅能够使整个装置紧凑，而且能够更加便捷、可靠地设置密封单元，充分保证密封的可靠性。

所述轴承组包括与主旋转轴13相配合的轴承14，轴承14与旋转支座4之间设置有轴承安装座10，轴承14通过锁紧螺母12和螺母防松垫圈11设置在主旋转轴13和轴承安装座10之间，所述密封单元设置在主旋转轴13与轴承安装座10的轴肩之间。

进一步地，所述密封单元包括在轴承安装座10上设置的密封跑道6，轴承安装座10内开设有与密封跑道6相连通的油脂通道，所述油脂通道通向轴承安装座10的内壁，轴承安装座10的内壁上设置有与油脂通道的端口相配合的密封压环，密封压环的前后两侧均设置有密封圈，密封圈的内环面与主旋转轴13的外周面压紧配合，密封环的外环面与轴承安装座10的内壁面压紧配合。密封压环和密封圈与主旋转轴形成的密封道，可以有效防止泥渣进入盾体内，在高压油脂的作用下，形成紧贴主旋转轴的油脂密封环，实现对土舱中泥渣的密封。

进一步地，所述喷射单元包括指针型旋转喷头16，指针型旋转喷头16的端部设置有冲刷头，冲刷液体通过冲刷头进行喷射。指针型旋转喷头16固定连接在喷头支座17上，喷头支座17的前端固定设置有支座盖板1，喷头支座17的后端固定连接在主旋转轴13的端部，喷头支座17与主旋转轴13之间设置有第一O型密封圈28。指针型旋转喷头16可以有效地扩大搅拌面积和喷射范围，可以进一步保证渣土的流动性及对刀盘和前盾隔板2的冲刷性能，第一O型密封圈28可以保证主旋转轴13与指针型旋转喷头16之间密封的可靠性，防止冲刷液体泄漏。

实施例2，盾构机旋转式冲刷装置，所述空心驱动轴7-1的后端头连接有回转接头9，回转接头9与冲刷液体的供应单元相连。回转接头9可以保证驱动单元可以连续地进行旋转，相对不安装回转接头9的摆动式冲刷可以有效提高旋转的高效性。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，盾构机旋转式冲刷装置，如图2所示，所述油脂通道通向轴承安装座10的内壁的一端依次设置有三个端口，从前至后三个端口处分别设置有第一密封压环26、第二密封压环24和第三密封压环20，相应地从前至后设置有第一密封圈27、第二密封圈25、第三密封圈19和第四密封圈23，第四密封圈23与轴承安装座10的轴肩之间设置有第四密封压环22。采用四道承压较高的密封圈配合高压油脂进行渣土密封，在高压油脂的作用下，形成紧贴主旋转轴的多道油脂密封环，共同实现土舱中泥渣的密封，可充分有效防止泥渣进入盾体内。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，盾构机旋转式冲刷装置，所述轴承安装座10的前端部与挡板3之间设置有密封压紧端盖15，密封压紧端盖15内设置有与所述油脂通道相连的密封通道，密封通道一端与油脂通道相连、另一端通向主旋转轴13的外周面上，密封压紧端盖15的外壁面与旋转支座4的内壁面之间设置有第二O型密封圈18。密封压紧端盖15和第二O型密封圈18的设置，可以进一步提高密封的可靠性。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。

实施例5，盾构机旋转式冲刷装置，所述轴承安装座10通过法兰盘5固定设置在旋转支座4上，所述法兰盘5设置在轴承安装座10的密封跑道6与密封压环之间的位置，法兰盘5与旋转支座4之间设置有第三O型密封圈21。第三O型密封圈21的设置，可以进一步提高密封的可靠性。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3或4相同。

实施例6，盾构机旋转式冲刷装置，可以使用中空的电机代替中空的液压马达，其他结构与可以与以上任一项实施例相同。

实施例7，盾构机旋转式冲刷装置，所述冲刷液体的冲刷压力为200Mpa-400MPa，使用高压力的冲刷液体可以获得更佳的冲刷效果。本实施例的其他结构与可以与以上任一项实施例相同。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.盾构机旋转式冲刷装置，包括与冲刷液体的供应单元相连的喷射单元及带动喷射单元转动的驱动单元，其特征在于：

所述喷射单元设置在前盾隔板（2）和刀盘之间，所述驱动单元通过旋转支座（4）设置在前盾隔板（2）的后侧，驱动单元的主旋转轴（13）与旋转支座（4）之间设置有密封单元；

所述驱动单元包括中空的液压马达（7）或中空的电机，液压马达（7）或中空的电机的空心驱动轴（7-1）前端连接有空心的主旋转轴（13）、后端连接冲刷液体的供应单元，空心驱动轴（7-1）的前端头与主旋转轴（13）的轴内通道相连通，主旋转轴（13）通过轴承组安装在所述旋转支座（4）内，所述喷射单元与主旋转轴（13）固定连接，喷射单元的喷射通道与主旋转轴（13）的轴内通道相连通；

所述轴承组包括与主旋转轴（13）相配合的轴承（14），轴承（14）与旋转支座（4）之间设置有轴承安装座（10），所述密封单元设置在主旋转轴（13）与轴承安装座（10）的轴肩之间；

所述密封单元包括在轴承安装座（10）上设置的密封跑道（6），轴承安装座（10）内开设有与密封跑道（6）相连通的油脂通道，所述油脂通道通向轴承安装座（10）的内壁，轴承安装座（10）的内壁上设置有与油脂通道的端口相配合的密封压环，密封压环的前后两侧均设置有密封圈，密封圈的内环面与主旋转轴（13）的外周面压紧配合，密封环的外环面与轴承安装座（10）的内壁面压紧配合；

所述油脂通道通向轴承安装座（10）的内壁的一端依次设置有三个端口，从前至后三个端口处分别设置有第一密封压环（26）、第二密封压环（24）和第三密封压环（20），相应地从前至后设置有第一密封圈（27）、第二密封圈（25）、第三密封圈（19）和第四密封圈（23），第四密封圈（23）与轴承安装座（10）的轴肩之间设置有第四密封压环（22）；

所述轴承安装座（10）的前端部与前盾隔板（2）之间设置有密封压紧端盖（15），密封压紧端盖（15）内设置有与所述油脂通道相连的密封通道，密封通道一端与油脂通道相连、另一端通向主旋转轴（13）的外周面上，密封压紧端盖（15）的外壁面与旋转支座（4）的内壁面之间设置有第二O型密封圈（18）。

2.根据权利要求1所述的盾构机旋转式冲刷装置，其特征在于：所述驱动单元包括驱动轴中空的驱动器，冲刷液体的供应单元通过驱动轴的中空通道与喷射单元相连通。

3.根据权利要求2所述的盾构机旋转式冲刷装置，其特征在于：所述冲刷液体的冲刷压力为200Mpa-400MPa，所述喷射单元包括指针型旋转喷头（16），指针型旋转喷头（16）的端部设置有冲刷头，指针型旋转喷头（16）固定连接在喷头支座（17）上，喷头支座（17）固定连接在主旋转轴（13）的端部，喷头支座（17）与主旋转轴（13）之间设置有第一O型密封圈（28）。

4.根据权利要求1-3任一项所述的盾构机旋转式冲刷装置，其特征在于：所述空心驱动轴（7-1）的后端头连接有回转接头（9），回转接头（9）与冲刷液体的供应单元相连。

5.根据权利要求4所述的盾构机旋转式冲刷装置，其特征在于：所述轴承安装座（10）通过法兰盘（5）固定设置在旋转支座（4）上，所述法兰盘（5）设置在轴承安装座（10）的密封跑道（6）与密封压环之间的位置，法兰盘（5）与旋转支座（4）之间设置有第三O型密封圈（21）。

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