CN217421187U - 盾构机超挖刀保护检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种盾构机超挖刀保护检测装置。所述保护检测装置包括密封保护机构和安装在盾构机刀盘外圆周对应超挖刀伸出时点位的超挖刀检测机构，所述密封保护机构为设置在超挖刀与超挖刀刀仓内壁之间的至少两道密封挡圈；所述超挖刀检测机构包括L型支撑挡板和弧形检测挡板，所述L型支撑挡板中的第一挡板垂直焊接在盾构机外壳临近盾构机刀盘的部位，第二挡板水平延伸至盾构机刀盘外圆周处，所述弧形检测挡板垂直焊接第二挡板内侧，其圆弧方向与盾构机刀盘转动方向一致，并在超挖刀伸出状态下与弧形检测挡板的内弧面接触。本实用新型大大提高了超挖刀的使用寿命，降低了检修次数与成本，解决了复杂施工环境中超挖刀行程不受控制的难题。

Description

盾构机超挖刀保护检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种保护与检测装置，特别涉及一种盾构机超挖刀的保护检测装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断更新迭代，人们对城市空间的需求越来越大，为了顺应这种发展趋势，地下空间建设运势而生。而盾构机作为一种使用盾构法的隧道掘进专用工程机械，因其可以实现隧道的一次成型而广泛普及使用。其掘进原理就是通过圆柱体钢组件沿隧道设计轴线一边对盾体前端的土层进行切削、开挖，一边对盾尾排出的隧道衬砌进行同步注浆加固。由于地下隧道的埋深普遍较大，掘进过程中盾体需要持续承受周围土层、地下水的压力，而刀盘作为掘进过程中关键部件之一，起着开挖并稳定掌子面岩土、搅拌土体的重要作用。在施工过程中更是会遭遇众多不同如淤泥、砂石、粘土、软岩等复合地层，使得装置受力复杂、工作环境恶劣。

当盾构机在面临曲线掘进、纠偏或进出加固体时，需要开挖略大于盾体直径的空间来满足盾构前进的需求，这就需要使用超挖刀来拓宽原始开挖直径。通过从辐条两端径向伸出和缩回超挖刀，来控制超挖量的多少和超挖范围，在对周边土体干扰小的条件下，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，实现盾构机转弯或纠偏。但在正常推进的过程中，需要缩回超挖刀以减小产生过大的超挖量，从而避免造成盾构机整体姿态下沉。由于刀盘恶劣的工作环境，加上绝大多数工程始发前没有对超挖刀进行负载测试，导致其进入加固体受压力后难以保证开挖直径的情况发生，造成盾构机的盾尾卡死或整体姿态下沉。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种盾构机超挖刀的保护检测装置，该装置能够阻隔外部刀盘掘进过程中产生的渣石、碎土侵入，并在始发前对超挖刀进行负载测试，解决盾构施工过程中超挖刀的行程不受控制这一难题，确保超挖刀进洞后的工作效率，大大降低施工中不必要的风险。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述保护检测装置包括设置在每个超挖刀刀仓内的密封保护机构和安装在盾构机刀盘外圆周对应超挖刀伸出时点位的超挖刀检测机构，所述密封保护机构为设置在超挖刀与超挖刀刀仓内壁之间的至少两道密封挡圈，至少一道设置在超挖刀刀杆处，一道设置在超挖刀刀头处；所述超挖刀检测机构包括L型支撑挡板和弧形检测挡板，所述L型支撑挡板中的第一挡板垂直焊接在盾构机外壳临近盾构机刀盘的部位，第二挡板水平延伸至盾构机刀盘外圆周处，所述弧形检测挡板垂直焊接在水平延伸至盾构机刀盘外圆周处的第二挡板内侧，所述弧形检测挡板的圆弧方向与盾构机刀盘转动方向一致，且弧度与盾构机刀盘的外圆周弧度相匹配，并在超挖刀伸出状态下与弧形检测挡板的内弧面接触。

本实用新型较优的技术方案：所述密封挡圈套设在超挖刀刀杆或超挖刀刀头外，每个密封挡圈包括上下两块限位环板和固定在两块限位环板之间的高耐磨橡胶密封垫圈，所述限位环板的内环直径大于超挖刀最大直径部位的外径，并通过内环套设在超挖刀刀杆或刀头外，限位环板的外环边缘焊接在超挖刀刀仓的内壁，所述橡胶密封垫圈内径与超挖刀刀杆或刀头外径相匹配，且不影响超挖刀正常伸缩。

本实用新型较优的技术方案：所述弧形检测挡板为圆心角30°的弧形挡板，内弧面距离盾构机刀盘外环面之间的距离与超挖刀伸出的长度相等。

本实用新型较优的技术方案：所述密封挡圈设有三道，其中一道设置在超挖刀刀杆直径最大值处，第二道焊接在超挖刀刀头表面螺旋花纹下方，第三道焊接在超挖刀刀仓底端。

本实用新型较优的技术方案：所述L型支撑挡板设有三块，等距分散设置在弧形检测挡板上，所述L型支撑挡板和弧形检测挡板为金属挡板，弧形检测挡板的厚度满足抵御超挖刀伸出时0-15Mpa范围内工作压力。

本实用新型较优的技术方案：所述限位环板采用抗高温、高压，耐腐蚀、磨损的合金钢板，厚度为4～6mm，限位环板的外圈与超挖刀刀仓内壁紧密贴合并焊接，内圈与超挖刀刀杆之间设有1mm～2mm间隙。

本实用新型较优的技术方案：所述橡胶密封垫圈采用密封强度、耐磨性、耐高温、抗腐蚀能力较高的硅橡胶或氟素橡胶。

本实用新型中的保护装置设计了三道密封措施，分别于刀杆顶部直径最大值处、刀头表面螺旋花纹下端和刀筒底端设立，密封措施都是采用上下焊接两块限位环板，中间夹置一块密封圈的形式组成。考虑到盾构施工过程中刀盘的不停旋转，所以本实用新型在密封措施中设置了两道限位环板来限制密封圈的径向位移，从而满足装置在整体稳定性上的需求，同时通过三道措施中的6块限位环板来减小超挖刀伸出时受力而产生偏转的角度，来防止角度过大从而造成油缸压力过大导致超挖刀出现故障。装置顶端由于超挖刀刀头采用圆台式结构设计，所以需将最上面的限位环板焊接在刀杆直径最大值处，以预防装置阻碍超挖刀的伸缩活动；中部由于超挖刀刀头表面采用一段螺旋花纹来增加超挖刀的表面摩擦力，但同时也给第一道密封措施带来了隐患与缺陷，所以在刀头表面螺旋花纹结束后设置第二道密封措施；底部密封措施则是考虑到超挖刀活动时刀杆难免会携带着泥土收回，多设置一道密封措施就能够多阻拦一些外界异物的侵入。

同时考虑到装置在刀盘高温、高强度研磨、复杂的工作环境下的密封保护需求，本实用新型的限位环板需采用屈服强度和拉伸强度高、延展性好、高断裂韧性、抗冲击强度高、抗高温、高压，耐腐蚀、磨损的合金类钢板。密封圈可选用密封强度、耐磨性、耐高温、抗腐蚀能力较高的硅橡胶或氟素橡胶材料，用来防止掘进过程中切削、搅拌所产生的碎岩、渣土、污水的侵入。本实用新型配合着超挖刀自身配置的A5防尘圈等密封系统，可以真正做到保护超挖刀正常工作的作用，大大减少了检修与维护次数，提高了超挖刀的使用寿命。

本实用新型中的检测装置设计通过焊接弧形挡板来抵御超挖刀伸出时的压力，观察超挖刀辅助系统反馈到操作室显示屏里的压力与行程实时数据来判断超挖刀的工作状态。通过超挖刀仿形开挖的最大角度，设立圆心角为30°的弧形挡板就可满足检测超挖刀仿形过程中的完整工作状态。其中挡板受力面长度需完全遮盖超挖刀，焊接面边缘采取贴合盾体表面的弧形边。考虑到超挖刀正常工作下可以承受15Mpa的最大压力值，选用的挡板材料厚度需达到20mm；材料性能需采用受压能力良好、具有较高的韧性与强度、薄厚均匀适宜的合金渗碳钢或合金调质钢才能满足抵御超挖刀工作压力的需求。

本实用新型采用了多道密封防护措施，能够有效地阻隔外界异物的入侵，满足保护装置在刀盘复杂工作环境里的密封需求；本实用新型在保护装置里设有多道限位环板，可以有效地提高装置整体稳定性，抵挡住来自外部渣石、碎土施加的荷载，减小超挖刀的偏转角度与承受压力。本实用新型在检测装置里设置了圆心角为30°的弧形挡板，可以检测出超挖刀在仿形过程中的工作状态，从而确定超挖刀在负载旋转状态下也能够正常起到拓宽开挖直径的作用。

本实用新型中的检测装置可以对超挖刀刀杆与刀筒之间的空隙进行分层密封保护，阻隔外部刀盘掘进过程中产生的渣石、碎土侵入，有效的阻挡了渣土的掩埋；对超挖刀在一定压力下的工作状态进行检测，检测后确保超挖刀在一定压力下正常地伸出与缩回，不受施工环境的阻碍，确保了盾构机进入土层后超挖刀能够正常带压工作；从而有效提高超挖刀系统的防水防尘性能与工作效率。

本实用新型结构整体设计简单，易于组建和安装，所使用到的材料经济适用性强、使用寿命长，解决盾了构施工过程中超挖刀的行程不受控制这一难题，确保了超挖刀进洞后的工作效率，大大降低了施工中不必要的风险。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的密封保护机构的结构示意图；

图3是本实用新型密封挡圈的结构详图；

图4是本实用新型检测机构的安装正面示意图；

图5是本实用新型检测机构的安装侧面示意图；

图6是本实用新型检测机构使用状态的正面示意图；

图7是本实用新型检测机构使用状态的侧面示意图；

图8是图7中A部放大示意图。

图中：1—盾构机刀盘，2—盾构机外壳，3—超挖刀，300—超挖刀刀杆，301—超挖刀刀头，4—超挖刀刀仓，5—L型支撑挡板，500—第一挡板， 501—第二挡板，6—密封挡圈，600—限位环板，601—橡胶密封垫圈，7—弧形检测挡板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。附图1至图8均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本实用新型实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本实用新型的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例提供了一种盾构机超挖刀保护检测装置，如图1至图3所示，所述保护检测装置包括设置在每个超挖刀刀仓4内的密封保护机构和安装在盾构机刀盘1外圆周对应超挖刀3伸出时点位的超挖刀检测机构。所述密封保护机构为设置在超挖刀3与超挖刀刀仓4内壁之间的三道密封挡圈 6，其中一道设置在超挖刀刀杆300直径最大值处，第二道焊接在超挖刀刀头301表面螺旋花纹下方，第三道焊接在超挖刀刀仓4底端。所述密封挡圈6套设在超挖刀刀杆300或超挖刀刀头301外，每个密封挡圈6包括上下两块限位环板600和固定在两块限位环板600之间的高耐磨橡胶密封垫圈601，所述限位环板600的内环直径大于超挖刀3最大直径部位的外径，并通过内环套设在超挖刀刀杆或刀头外，限位环板600的外环边缘焊接在超挖刀刀仓4的内壁，所述橡胶密封垫圈601内径与超挖刀刀杆或刀头外径相匹配，且不影响超挖刀3正常伸缩。所述限位环板600采用抗高温、高压，耐腐蚀、磨损的合金钢板，厚度为4～6mm，限位环板600的外圈与超挖刀刀仓4内壁紧密贴合并焊接，内圈与超挖刀刀杆300之间设有1mm～ 2mm间隙。所述橡胶密封垫圈601采用密封强度、耐磨性、耐高温、抗腐蚀能力较高的硅橡胶或氟素橡胶。

实施例提供了一种盾构机超挖刀保护检测装置，如图1、图4至图8所示，所述超挖刀检测机构包括L型支撑挡板5和弧形检测挡板7，所述L 型支撑挡板5中的第一挡板500垂直焊接在盾构机外壳2临近盾构机刀盘1 的部位，第二挡板501水平延伸至盾构机刀盘1外圆周处，所述弧形检测挡板7垂直焊接在水平延伸至盾构机刀盘1外圆周处的第二挡板501内侧，所述弧形检测挡板7的圆弧方向与盾构机刀盘1转动方向一致，且弧度与盾构机刀盘1的外圆周弧度相匹配，并在超挖刀3伸出状态下与弧形检测挡板7的内弧面接触。所述弧形检测挡板7为圆心角30°的弧形挡板，内弧面距离盾构机刀盘1外环面之间的距离与超挖刀3伸出的长度相等。所述L 型支撑挡板5设有三块，等距分散设置在弧形检测挡板7上，所述L型支撑挡板5和弧形检测挡板7为金属挡板，弧形检测挡板7的厚度满足抵御超挖刀伸出时0-15Mpa范围内工作压力。

下面结合实施例对本实用新型的安装使用进一步说明书，实施例中的限位环板600采用厚度为5mm的圆环状低合金结构钢板，外圈尺寸要与刀筒壁形状贴合，三道密封措施从下而上依次确定焊接具体位置，焊接过程中尽量外圈弧线满焊一圈，内圈尺寸要与刀杆之间留有1mm的空隙。橡胶密封垫圈601采用厚度为10mm的圆环状硅橡胶密封垫圈，外圈尺寸要与刀筒壁紧密相接，内圈尺寸要超出刀杆与刀筒之间原有空隙1～2mm。三道密封措施配合超挖刀自身配置的A5防尘圈等密封系统，就能够真正做到保护超挖刀正常工作的作用，从而大大减少了检修与维护次数，提高了超挖刀的使用寿命。

实施例中检测机构是通过焊接厚度为20mm的“L”形挡板短边在前盾盾体上，通过长边遮盖超挖刀工作区，并在长边内侧焊接弧形检测挡板7 来抵御其伸出时的压力，同时观察超挖刀辅助系统反馈到操作室显示屏里的压力与行程实时数据来判断超挖刀的实际行程是否与预设行程一致。考虑到超挖刀静止与旋转时工作状态与所不同，所以在两把超挖刀工作区前可以设置了长短不一的“L”形挡板来分别检测。本实用新型主要用于检测超挖刀旋转时的工作状态，通过超挖刀仿形开挖的最大角度，得出设立圆心角为30°的弧形挡板就能满足检测超挖刀仿形过程中的完整工作状态的条件；检测时，如图6至图8所示，超挖刀3的刀头伸出时，刚好与弧形检测挡板7的内弧面接触，弧形检测挡板7便可给与超挖刀一个阻力，类似盾构机在土层中工作状态，此时观察超挖刀辅助系统反馈到操作室显示屏里的压力与行程实时数据来判断超挖刀的实际行程是否与预设行程一致，从而对超挖刀的负载进行测试。

具体实施例中选用受压性能良好、具有较高的韧性与强度、薄厚均匀适宜的“L”形合金渗碳钢。通过该检测装置能够判断出超挖刀在一定压力时旋转状态下，其实际行程是否符合预设行程，从而避免超挖刀无压力调试时工作正常，进入加固体受到压力后无法控制行程的情况发生。本实用新型还避免了在推进过程中由于超挖造成的施工直径变大而引起的盾构机整体姿态下沉，或超挖直径过小导致盾体卡壳的难题。在进、出洞后，也可以节省大量的人力物力来对超挖刀进行检修。

以上所述，只是本实用新型的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述保护检测装置包括设置在每个超挖刀刀仓(4)内的密封保护机构和安装在盾构机刀盘(1)外圆周对应超挖刀(3)伸出时点位的超挖刀检测机构，所述密封保护机构为设置在超挖刀(3)与超挖刀刀仓(4)内壁之间的至少两道密封挡圈(6)，至少一道设置在超挖刀刀杆(300)处，一道设置在超挖刀刀头(301)处；所述超挖刀检测机构包括L型支撑挡板(5)和弧形检测挡板(7)，所述L型支撑挡板(5)中的第一挡板(500)垂直焊接在盾构机外壳(2)临近盾构机刀盘(1)的部位，第二挡板(501)水平延伸至盾构机刀盘(1)外圆周处，所述弧形检测挡板(7)垂直焊接在水平延伸至盾构机刀盘(1)外圆周处的第二挡板(501)内侧，所述弧形检测挡板(7)的圆弧方向与盾构机刀盘(1)转动方向一致，且弧度与盾构机刀盘(1)的外圆周弧度相匹配，并在超挖刀(3)伸出状态下与弧形检测挡板(7)的内弧面接触。

2.根据权利要求1所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述密封挡圈(6)套设在超挖刀刀杆(300)或超挖刀刀头(301)外，每个密封挡圈(6)包括上下两块限位环板(600)和固定在两块限位环板(600)之间的高耐磨橡胶密封垫圈(601)，所述限位环板(600)的内环直径大于超挖刀(3)最大直径部位的外径，并通过内环套设在超挖刀刀杆或刀头外，限位环板(600)的外环边缘焊接在超挖刀刀仓(4)的内壁，所述橡胶密封垫圈(601)内径与超挖刀刀杆或刀头外径相匹配，且不影响超挖刀(3)正常伸缩。

3.根据权利要求1或2所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述弧形检测挡板(7)为圆心角30°的弧形挡板，内弧面距离盾构机刀盘(1)外环面之间的距离与超挖刀(3)伸出的长度相等。

4.根据权利要求1或2所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述密封挡圈(6)设有三道，其中一道设置在超挖刀刀杆(300)直径最大值处，第二道焊接在超挖刀刀头(301)表面螺旋花纹下方，第三道焊接在超挖刀刀仓(4)底端。

5.根据权利要求1或2所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述L型支撑挡板(5)设有三块，等距分散设置在弧形检测挡板(7)上，所述L型支撑挡板(5)和弧形检测挡板(7)为金属挡板，弧形检测挡板(7)的厚度满足抵御超挖刀伸出时0-15Mpa范围内工作压力。

6.根据权利要求2所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述限位环板(600)采用抗高温、高压，耐腐蚀、磨损的合金钢板，厚度为4～6mm，限位环板(600)的外圈与超挖刀刀仓(4)内壁紧密贴合并焊接，内圈与超挖刀刀杆(300)之间设有1mm～2mm间隙。

7.根据权利要求2所述一种盾构机超挖刀保护检测装置，其特征在于：所述橡胶密封垫圈(601)采用密封强度、耐磨性、耐高温、抗腐蚀能力较高的硅橡胶或氟素橡胶。

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