本發(fā)明涉及盾構(gòu)刀盤清理，尤其是涉及一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、盾構(gòu)法是目前修建城市地鐵、水利工程、市政工程等各種隧道的一種常用方法，其工作原理是盾構(gòu)機(jī)在開挖面前方用切削裝置（刀盤）開挖土體并不斷向前推進(jìn)的同時通過出土機(jī)械將土體運出洞外，此時在盾構(gòu)機(jī)械后方拼裝預(yù)制混凝土管片形成隧道結(jié)構(gòu)，整個過程不斷循環(huán)推進(jìn)，是一種高效率的機(jī)械化施工方法，對地面擾動小、安全系數(shù)高，廣泛應(yīng)用于各類地層的隧道施工，尤其是在市區(qū)和低于地下水位面的地下工程施工中更能凸顯該施工方法的優(yōu)點。

2、根據(jù)開挖面的穩(wěn)定系統(tǒng)和出渣系統(tǒng)來區(qū)分，可將盾構(gòu)機(jī)械劃分為土壓平衡盾構(gòu)和泥水加壓平衡盾構(gòu)。隨著盾構(gòu)施工技術(shù)日趨成熟，越來越多的項目開始采用大盾構(gòu)進(jìn)行隧道施工。當(dāng)大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越粘土層、粉質(zhì)粘土層及泥質(zhì)粉砂巖等復(fù)雜地層過程中，經(jīng)常會面臨一個棘手的難題：刀盤結(jié)泥餅。所謂刀盤結(jié)泥餅，就是被盾構(gòu)刀盤切削下的細(xì)小顆粒、碎屑重新在土倉或泥水倉內(nèi)聚集成半固結(jié)和固結(jié)狀土塊，并大量附著于刀盤中心區(qū)域和刀盤面板其它位置。掘進(jìn)過程中若刀盤中心區(qū)域形成泥餅，則會加速刀具的磨損程度，增加刀盤和刀具的負(fù)荷，可能導(dǎo)致盾構(gòu)向前掘進(jìn)困難，盾構(gòu)掘進(jìn)速度降低等問題，嚴(yán)重影響工程的施工進(jìn)度。

3、目前針對刀盤結(jié)泥餅常用的清理方法是帶壓或常壓進(jìn)倉人工采用電鎬、高壓水槍等工具清除刀盤上泥餅，存在以下技術(shù)問題：進(jìn)倉作業(yè)對掌子面密封效果、作業(yè)人員專業(yè)素養(yǎng)要求極高，倉內(nèi)環(huán)境差，能見度低，可能存在各種有害氣體，屬于高度危險的有限空間作業(yè)，而且一旦發(fā)生突泥涌水、掌子面坍塌、火災(zāi)及倉外人員誤操作等意外情況便會造成重大人員傷亡。所以，采用此種方法清理刀盤泥餅，安全風(fēng)險極大，有效作業(yè)時間有限、清理耗時過長，嚴(yán)重影響盾構(gòu)掘進(jìn)效率及施工工期。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有帶壓、常壓進(jìn)倉除泥餅安全風(fēng)險大且效率低的問題。

2、一方面，本發(fā)明提出了一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，包括刀盤主體，所述刀盤主體上設(shè)有裝配槽，所述裝配槽的內(nèi)底壁固定設(shè)置有電機(jī)與外殼，所述外殼內(nèi)活動設(shè)置有油缸本體，所述油缸本體通過傳動軸與電機(jī)的驅(qū)動軸相連接，所述油缸本體的頂部與底部安裝有上軸承與下軸承，所述油缸本體通過上軸承與下軸承轉(zhuǎn)動安裝在外殼內(nèi)，所述油缸本體內(nèi)設(shè)置有活塞桿，所述活塞桿內(nèi)設(shè)有加壓水倉，所述電機(jī)與油缸本體中心處設(shè)置有水管，所述活塞桿的頂部設(shè)有噴水管，所述噴水管與加壓水倉連通。

3、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述油缸本體內(nèi)開設(shè)有置物腔，所述活塞桿活動設(shè)置在置物腔內(nèi)。

4、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述油缸本體的底部設(shè)置有油泵，所述油泵通過設(shè)置輸油管與置物腔連通。

5、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述油缸本體的底部設(shè)置有底座，所述油缸本體的頂部設(shè)置有前端蓋，所述前端蓋與底座分別通過錨固螺栓固定在油缸本體上。

6、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述噴水管上設(shè)置有若干個噴水口，所述噴水口內(nèi)設(shè)置有單向閥，所述噴水管上設(shè)置有保護(hù)板，所述保護(hù)板與刀盤主體的頂面貼合。

7、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述刀盤主體上設(shè)有用于收納噴水管的裝置槽，所述噴水管活動設(shè)置在裝置槽內(nèi)。

8、可選的，上述一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置中，所述活塞桿與前端蓋的連接處設(shè)置有第一密封圈，所述活塞桿與油缸本體內(nèi)壁的連接處設(shè)置有第二密封圈，所述上軸承上設(shè)置有軸承密封，且前端蓋與油缸本體內(nèi)壁的連接處設(shè)置有第三密封圈，所述水管上安裝有兩道用于密封加壓水倉的第四密封圈，其中一個所述第四密封圈設(shè)置在加壓水倉的內(nèi)底壁，另一個所述第四密封圈設(shè)置在活塞桿的底部。

9、另一方面，本發(fā)明提出了一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水方法，包括以下步驟：

10、s101：根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地質(zhì)資料、盾構(gòu)參數(shù)變化、渣溫、出渣量綜合判斷刀盤主體是否結(jié)泥餅；

11、s102：判斷刀盤主體已結(jié)泥餅或有結(jié)泥餅的預(yù)兆，準(zhǔn)備啟動刀盤主體前方伸縮噴水裝置除泥；

12、s103：向土倉內(nèi)加入高分子聚合物、泡沫、水，液位至刀盤主體中心以上，泡倉；

13、s104：確保前方掌子面穩(wěn)定的前提下縮回刀盤主體；

14、s105：通過主機(jī)室同時啟動三個刀盤主體前方的伸縮噴水裝置，油泵輸油加壓伸出噴水管；

15、s106：開始噴水，電機(jī)啟動，噴水管對刀盤主體面板持續(xù)旋轉(zhuǎn)噴水；

16、s107：噴水完畢，通過電機(jī)將噴水管復(fù)位，油泵泄壓收回活塞桿，整個刀盤主體前方的伸縮噴水裝置被收回至刀盤主體的裝置槽內(nèi)，且上覆保護(hù)板與刀盤主體面板緊密貼合。

17、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益效果：

18、由于伸縮噴水裝置安裝在了刀盤主體前方，可以在泡倉結(jié)束后直接由高壓水正對泥餅噴水，噴水除泥餅效率高，避免了帶壓進(jìn)倉耗費大量時間且嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工效率的問題，可節(jié)省大量工時，并提高除泥作業(yè)的靈活性；

19、由于采用了旋轉(zhuǎn)式的噴水裝置，高壓水可在旋轉(zhuǎn)噴水管360°范圍內(nèi)噴水，極大地拓展了除泥餅作業(yè)范圍，基本覆蓋了刀盤主體面板易結(jié)泥餅的部位，三個噴水裝置的旋轉(zhuǎn)圓周在中心重疊，更加強(qiáng)化了對中心泥餅的去除效果；

20、由于噴水管頂部焊接有一塊保護(hù)板，一方面提高噴水管伸縮、旋轉(zhuǎn)作業(yè)時的剛度，另一方面可以覆蓋整個裝置槽并與刀盤主體面板緊密貼合，避免刀盤主體在掘進(jìn)時渣土進(jìn)入噴水管的裝置槽堵塞噴水管，可以適用于各類刀盤主體；

21、由于油缸主體和加壓水倉均含有多道密封圈，可有效防止在土倉或泥水倉的高壓下，活塞桿與油缸主體、加壓水倉活動縫隙處出現(xiàn)滲漏，確保裝置的密封性能。

技術(shù)特征：

1.一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：包括刀盤主體（21），所述刀盤主體（21）上設(shè)有裝配槽（26），所述裝配槽（26）的內(nèi)底壁固定設(shè)置有電機(jī)（1）與外殼（6），所述外殼（6）內(nèi)活動設(shè)置有油缸本體（5），所述油缸本體（5）通過傳動軸（11）與電機(jī)（1）的驅(qū)動軸相連接，所述油缸本體（5）的頂部與底部安裝有上軸承（8）與下軸承（4），所述油缸本體（5）通過上軸承（8）與下軸承（4）轉(zhuǎn)動安裝在外殼（6）內(nèi)，所述油缸本體（5）內(nèi)設(shè)置有活塞桿（13），所述活塞桿（13）內(nèi)設(shè)有加壓水倉（14），所述電機(jī)（1）與油缸本體（5）中心處設(shè)置有水管（9），所述活塞桿（13）的頂部設(shè)有噴水管（17），所述噴水管（17）與加壓水倉（14）連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述油缸本體（5）內(nèi)開設(shè)有置物腔（20），所述活塞桿（13）活動設(shè)置在置物腔（20）內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述油缸本體（5）的底部設(shè)置有油泵（2），所述油泵（2）通過設(shè)置輸油管（10）與置物腔（20）連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述油缸本體（5）的底部設(shè)置有底座（3），所述油缸本體（5）的頂部設(shè)置有前端蓋（15），所述前端蓋（15）與底座（3）分別通過錨固螺栓（12）固定在油缸本體（5）上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述噴水管（17）上設(shè)置有若干個噴水口（18），所述噴水口（18）內(nèi)設(shè)置有單向閥，所述噴水管（17）上設(shè)置有保護(hù)板（19），所述保護(hù)板（19）與刀盤主體（21）的頂面貼合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述刀盤主體（21）上設(shè)有用于收納噴水管（17）的裝置槽（25），所述噴水管（17）活動設(shè)置在裝置槽（25）內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置，其特征在于：所述活塞桿（13）與前端蓋（15）的連接處設(shè)置有第一密封圈（7），所述活塞桿（13）與油缸本體（5）內(nèi)壁的連接處設(shè)置有第二密封圈（22），所述上軸承（8）上設(shè)置有軸承密封（16），且前端蓋（15）與油缸本體（5）內(nèi)壁的連接處設(shè)置有第三密封圈（23），所述水管（9）上安裝有兩道用于密封加壓水倉（14）的第四密封圈（24），其中一個所述第四密封圈（24）設(shè)置在加壓水倉（14）的內(nèi)底壁，另一個所述第四密封圈（24）設(shè)置在活塞桿（13）的底部。

8.一種如權(quán)利要求1-7任意一項所述的盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置的方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)刀盤前方伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置及方法，涉及盾構(gòu)刀盤清理技術(shù)領(lǐng)域，包括刀盤主體，所述刀盤主體上設(shè)有裝配槽，所述裝配槽的內(nèi)底壁固定設(shè)置有電機(jī)與外殼，所述外殼內(nèi)活動設(shè)置有油缸本體，所述油缸本體通過傳動軸與電機(jī)的驅(qū)動軸相連接，所述油缸本體的頂部與底部安裝有上軸承與下軸承，所述油缸本體通過上軸承與下軸承轉(zhuǎn)動安裝在外殼內(nèi)，所述油缸本體內(nèi)設(shè)置有活塞桿，所述活塞桿內(nèi)開設(shè)有加壓水倉。本發(fā)明將伸縮旋轉(zhuǎn)噴水裝置安裝在刀盤主體前方，可以在泡倉結(jié)束后直接由高壓水正對泥餅噴水，噴水除泥餅效率高，避免了帶壓進(jìn)倉耗費大量時間且嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工效率的問題，可節(jié)省大量工時，并提高除泥作業(yè)的靈活性。

技術(shù)研發(fā)人員：苗雙平,黃雷,李東杰,姚績,郭一凡,吳堅,王永明,薛炎彬,蔣鐵,胡敏,李紀(jì)弟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15