CN209261584U - 一种用于盾构开挖仓探测的机械装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于盾构开挖仓探测的机械装置，它包括刀筒、刀筒盖板、液压机械伸缩臂、以及多节液压伸缩机械臂；所述多节液压伸缩机械臂设置有第三安装基座；所述第三安装基座上连接有安装板；所述安装板上设置有360°高清摄像头、小型地质雷达、电涡流测距仪、高压水喷嘴；所述第一、二安装基座上分别设置有用于驱动第一、二转动轴转动的电机；所述360°高清摄像头、小型地质雷达、电涡流测距仪以及电机均分别通过穿装在柔性管线内的电缆与操控室内的PC机连接；所述高压水喷嘴通过穿装在柔性管线内的水管与外部高压水源连接；所述液压机械伸缩臂以及多节液压伸缩机械臂的液压接口均分别通过穿装在柔性管线内的液压管路与外部液压系统连接。

Description

一种用于盾构开挖仓探测的机械装置

技术领域

本实用新型专利属于隧道掘进工程设备检测的技术领域，具体设计一种用于盾构开挖仓探测的机械装置。

背景技术

目前，盾构施工过程中，经常遇到地层中存在基岩突起或孤石的情况，在这类地层中掘进时刀盘上各类刀具易出现较大磨损，甚至崩裂失效，同时可能出现大量岩渣在开挖仓底部堆积的情况，在淤泥地层掘进时刀盘则容易产生结泥饼等，这些问题对盾构正常掘进均会产生严重影响。目前常用的处理方法是常压或带压进仓对开挖面和刀盘刀具进行检查，进仓位置地层通常需要预先进行加固处理，同时需要制作带压进仓泥膜、人员培训等大量前期准备工作，耗时较长，成本较高，且进仓工作存在较大安全风险。因此，当需要对开挖面地层及盾构机刀盘刀具进行全面检查时，如何安全快速获得开挖仓内相关情况，同时尽量降低施工成本，对盾构快速高效掘进非常重要。

发明内容

本实用新型的技术任务是针对以上不足，提供一种用于盾构开挖仓探测的机械装置，来解决上述背景技术中的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种用于盾构开挖仓探测的机械装置，它包括固定安装在盾构机刀盘所开设的通孔内的刀筒、安装在盾构机刀盘内侧刀筒端的刀筒盖板、底座端通过第一安装基座铰接在刀筒内腔底部的液压机械伸缩臂、以及外筒底部通过第一转动轴与固定设置在液压机械伸缩臂末节伸出管端的第二安装基座相铰接的多节液压伸缩机械臂；所述多节液压伸缩机械臂的末节伸出管端固定设置有第三安装基座；所述第三安装基座上通过第二转动轴连接有安装板；所述安装板的上板面设置有360°高清摄像头，在位于安装板靠近开挖面土体一侧的板面上设置有小型地质雷达，在位于安装板靠近盾构机刀盘一侧的板面上设置有电涡流测距仪，在位于安装板长度方向上的两端面以及安装板靠近盾构机刀盘一侧的板面上分别设置有高压水喷嘴；所述第一、二安装基座上分别设置有用于驱动第一、二转动轴转动的电机；所述360°高清摄像头、小型地质雷达、电涡流测距仪以及电机均分别通过穿装在柔性管线内的电缆与操控室内的PC机连接；所述高压水喷嘴通过穿装在柔性管线内的水管与外部高压水源连接；所述液压机械伸缩臂以及多节液压伸缩机械臂的液压接口均分别通过穿装在柔性管线内的液压管路与外部液压系统连接。

进一步的，所述柔性管线位于刀筒内的管段穿装在液压机械伸缩臂以及多节液压伸缩机械臂的末节伸缩管内，其外部管段通过设置在刀筒盖板上的管线接口穿出。

进一步的，在位于安装板靠近盾构机刀盘一侧的板面上设置的高压水喷嘴为两个。

进一步的，所述360°高清摄像头的玻璃外罩上设置有清水喷嘴，所述清水喷嘴通过穿装在柔性管线内的管路与外部高压水源连接。

进一步的，所述多节液压伸缩机械臂的所有节伸出展开后的总长度小于盾构机刀盘的半径。

本实用新型的原理是：本实用新型的用于盾构开挖仓探测的机械装置，首先改造现有的常压更换滚刀刀筒，在刀筒内部安装机械臂，机械臂末节安装摄像头、高压水喷嘴、小型地质雷达及电涡流测距仪，改造后的刀筒盖板上设置有管线接口，水、电、液压、数据缆线等管线通过该接口与机械臂相连。使用时拆下盾构机刀盘上常压更换滚刀刀筒，将改造后的机械臂刀筒安装到刀盘上，机械臂第二节伸出刀筒后，第三节绕转轴转至与第二节垂直位置，其余节伸展至工作所需长度，机械臂首节以刀筒内安装基座为中心轴可进行360°旋转，机械臂末节可绕其上一节旋转，机械臂运动至某一位置后，末节上安装的摄像头、小型地质雷达及电涡流测距仪进行工作，获得的数据信号经信号电缆传输至盾构机操作室PC机上，对数据进行处理和显示，工作人员可实时查看传输回来的数据信号，通过配置的实体按钮和手柄，操控机械臂完成相应的动作。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的主要是利用现有盾构机常压换刀装置，改造常压更换滚刀刀筒，刀筒盖板上设置管线接口，通过接口由外部向机械臂提供水、电、液压等，刀筒内安装多节式机械臂，机械臂末节上安装摄像头、高压水喷嘴、小型地质雷达及电涡流测距仪，机械臂在开挖仓内展开后，通过摄像头可实时获取开挖仓内影像，工作人员可直观看到开挖面土体状态、开挖仓底部渣土堆积情况、刀盘结泥饼情况及刀盘刀具是否异常损坏等，小型地质雷达可对开挖面地层进行探测，通过对探测数据的处理分析，得到开挖面附近地层中岩体分布情况，电涡流测距仪对刀盘和刀具进行探测，通过对探测数据的处理分析，得到刀盘刀具的磨损情况，判断刀具是否需要更换。通过使用本实用新型，工作人员可以在不进入开挖仓的情况下，完成对开挖仓内多项内容的观察和探测，获得开挖面地层和刀盘刀具的详细情况，为刀具的使用更换、掘进参数的选取提供依据，同时可利用末节上高压水喷嘴对刀盘上存在的结泥饼进行冲刷清除，使用本实用新型避免了工作人员进入开挖仓工作的危险，提高工作效率，节约施工成本。

附图说明

图 1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的A-A向视图。

图3是图1中第三安装基座部分的放大图。

图 4是本实用新型的工作模式示意图。

图中：1为刀筒，2为刀筒盖板，3为管线接口，4为第一安装基座，5为柔性管线，6为液压机械伸缩臂，7为第二安装基座，8为第一转动轴，9为多节液压伸缩机械臂，10为第三安装基座，11为安装板，12为360°高清摄像头，13为小型地质雷达，14为电涡流测距仪，15为高压水喷嘴，16为第二转动轴，17为盾构机刀盘，18为开挖面土体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-4所示，本实用新型的用于盾构开挖仓探测的机械装置，它包括固定安装在盾构机刀盘17所开设的通孔内的刀筒1、安装在盾构机刀盘内侧刀筒端的刀筒盖板2、底座端通过第一安装基座4铰接在刀筒内腔底部的液压机械伸缩臂6、以及外筒底部通过第一转动轴8与固定设置在液压机械伸缩臂6末节伸出管端的第二安装基座7相铰接的多节液压伸缩机械臂9；所述多节液压伸缩机械臂9的末节伸出管端固定设置有第三安装基座10；所述第三安装基座10上通过第二转动轴16连接有安装板11；所述安装板11的上板面设置有360°高清摄像头12，在位于安装板靠近开挖面土体18一侧的板面上设置有小型地质雷达13，在位于安装板靠近盾构机刀盘17一侧的板面上设置有电涡流测距仪14，在位于安装板长度方向上的两端面以及安装板靠近盾构机刀盘17一侧的板面上分别设置有高压水喷嘴15；所述第一、二安装基座4、7上分别设置有用于驱动第一、二转动轴8、16转动的电机；所述360°高清摄像头12、小型地质雷达13、电涡流测距仪14以及电机均分别通过穿装在柔性管线5内的电缆与操控室内的PC机连接；所述高压水喷嘴15通过穿装在柔性管线5内的水管与外部高压水源连接；所述液压机械伸缩臂6以及多节液压伸缩机械臂9的液压接口均分别通过穿装在柔性管线5内的液压管路与外部液压系统连接。

本实施例中，所述柔性管线5位于刀筒1内的管段穿装在液压机械伸缩臂6以及多节液压伸缩机械臂9的末节伸缩管内，其外部管段通过设置在刀筒盖板2上的管线接口3穿出。

本实施例中，在位于安装板靠近盾构机刀盘17一侧的板面上设置的高压水喷嘴15为两个。

本实施例中，所述360°高清摄像头12的玻璃外罩上设置有清水喷嘴，所述清水喷嘴通过穿装在柔性管线5内的管路与外部高压水源连接。

本实施例中，所述多节液压伸缩机械臂9的所有节伸出展开后的总长度小于盾构机刀盘17的半径。

具体的说：本实施例的用于盾构开挖仓探测的机械装置，在刀筒1的刀筒盖板2上设置管线接口3，刀筒1内安装第一安装基座4，液压机械伸缩臂6安装在第一安装基座4上，多节液压伸缩机械臂9安装在第二安装基座7上，可绕第一转动轴8转动，安装板11安装在第三安装基座10上，可绕第二转动轴16转动，安装板11上安装有360°高清摄像头12、小型地质雷达13、电涡流测距仪14和高压水喷嘴15，柔性管线5通过管线接口3连通刀筒内外部，刀筒1安装在盾构机刀盘17上。360°高清摄像头12拍摄盾构机刀盘17和开挖面土体18的影像，小型地质雷达对开挖面土体18进行探测，电涡流测距仪14对盾构机刀盘17进行探测，三者获得的数据信号经柔性管线5内的信号电缆传输至盾构机操作室内PC机上，高压水喷嘴15对刀盘刀具进行冲刷，通过柔性管线5内水管与外部水源连通。

整个伸缩臂（液压机械伸缩臂6与多节液压伸缩机械臂9整体）安装在刀筒1内第一安装基座4上，其工作原理：刀筒1安装在盾构机刀盘17上，液压机械伸缩臂6可绕第一安装基座4旋转任意角度，液压机械伸缩臂6上第二节伸出，将多节液压伸缩机械臂9推出至刀筒1外部，多节液压伸缩机械臂9绕第一转动轴8旋转90°后与刀盘面板平行，工作人员控制多节液压伸缩机械臂9上各节伸出长度，将安装板11移动至所要探测部位，安装板11绕第二转动轴16旋转90°后与刀盘面板平行。整个机械臂上设置柔性管线5，柔性管线5内设置水、电、液压和信号电缆管线，柔性管线5整体密封，且防水耐高压；机械臂各伸出节采用液压做为动力进行伸缩运动，液压管线通过管线接口3与刀筒1外部动力源连通。

360°高清摄像头12具备红外成像功能，拍摄开挖仓影像，其工作原理：机械臂末节到达某一位置后，在照明充足情况下对附近开挖面土体、刀盘刀具进行拍摄，在暗光情况下可拍摄红外影像，拍摄数据通过柔性管线5内信号电缆经管线接口3传输至刀筒外部，最终传输至盾构机操控室内PC机上显示，供工作人员通过查看影像可获得开挖面土体18情况及盾构机刀盘17状态。360°高清摄像头12为可旋转式摄像头，在安装板11固定不动时通过旋转拍摄对多个方向进行拍摄，360°高清摄像头12配置防水耐高压玻璃外罩，外罩上设置清水喷头，清除外罩上的泥水等污浊物。

小型地质雷达13工作媒介为电磁波，其工作原理：机械臂末节到达某一位置后，地质雷达向开挖面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，电磁波遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面时，电磁波便发生反射，返回到开挖仓时由接收天线所接收。接收的雷达波信号通过柔性管线5内信号电缆经管线接口3传输至刀筒外部PC机上，对接收到的雷达波信号进行处理和分析，推断开挖面地层状态，判断是否存在岩体及其分布情况；小型地质雷达13配置电磁波发射与接收天线，数据处理和结果显示由设置在操控室内的PC机完成，小型地质雷达13具有防水耐高压性能，通过柔性管线5内电缆提供电力工作。

电涡流测距仪14的工作原理是：当多节液压伸缩机械臂带动电涡流测距仪14运动至刀盘某一部位附近时，电涡流测距仪系统中的高频振荡电流在探头头部的线圈中产生交变的磁场，在此刀盘刀具表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，磁场信号通过柔性管线5内信号电缆经管线接口3传输至刀筒外部PC机上，经过转换器算法，测定刀盘刀具形状、尺寸，通过与先前数据对比判断刀盘刀具磨损状况。电涡流测距仪14上配置高频振荡电流产生装置，探头线圈，磁场信号数据处理和结果显示由设置在操控室内的PC机完成。电涡流测距仪14具有防水耐高压性能，通过柔性管线5内电缆提供电力工作。

高压水喷嘴15的工作原理是：刀盘上产生结泥饼后，安装板11运动至结泥饼位置，高压水经管线接口3通过柔性管线5内的水管到达喷嘴，利用高压水流对结泥饼进行清理，水压和流量大小由工作人员进行控制。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (5)

1.一种用于盾构开挖仓探测的机械装置，其特征在于：它包括固定安装在盾构机刀盘（17）所开设的通孔内的刀筒（1）、安装在盾构机刀盘内侧刀筒端的刀筒盖板（2）、底座端通过第一安装基座（4）铰接在刀筒内腔底部的液压机械伸缩臂（6）、以及外筒底部通过第一转动轴（8）与固定设置在液压机械伸缩臂（6）末节伸出管端的第二安装基座（7）相铰接的多节液压伸缩机械臂（9）；所述多节液压伸缩机械臂（9）的末节伸出管端固定设置有第三安装基座（10）；所述第三安装基座（10）上通过第二转动轴（16）连接有安装板（11）；所述安装板（11）的上板面设置有360°高清摄像头（12），在位于安装板靠近开挖面土体（18）一侧的板面上设置有小型地质雷达（13），在位于安装板靠近盾构机刀盘（17）一侧的板面上设置有电涡流测距仪（14），在位于安装板长度方向上的两端面以及安装板靠近盾构机刀盘（17）一侧的板面上分别设置有高压水喷嘴（15）；所述第一、二安装基座（4、7）上分别设置有用于驱动第一、二转动轴（8、16）转动的电机；所述360°高清摄像头（12）、小型地质雷达（13）、电涡流测距仪（14）以及电机均分别通过穿装在柔性管线（5）内的电缆与操控室内的PC机连接；所述高压水喷嘴（15）通过穿装在柔性管线（5）内的水管与外部高压水源连接；所述液压机械伸缩臂（6）以及多节液压伸缩机械臂（9）的液压接口均分别通过穿装在柔性管线（5）内的液压管路与外部液压系统连接。

2.根据权利要求1所述的用于盾构开挖仓探测的机械装置，其特征在于：所述柔性管线（5）位于刀筒（1）内的管段穿装在液压机械伸缩臂（6）以及多节液压伸缩机械臂（9）的末节伸缩管内，其外部管段通过设置在刀筒盖板（2）上的管线接口（3）穿出。

3.根据权利要求1所述的用于盾构开挖仓探测的机械装置，其特征在于：在位于安装板靠近盾构机刀盘（17）一侧的板面上设置的高压水喷嘴（15）为两个。

4.根据权利要求1所述的用于盾构开挖仓探测的机械装置，其特征在于：所述360°高清摄像头（12）的玻璃外罩上设置有清水喷嘴，所述清水喷嘴通过穿装在柔性管线（5）内的管路与外部高压水源连接。

5.根据权利要求1所述的用于盾构开挖仓探测的机械装置，其特征在于：所述多节液压伸缩机械臂（9）的所有节伸出展开后的总长度小于盾构机刀盘（17）的半径。