用于观测盾构机土仓的密封装置和含有其的盾构机的制作方法

本发明涉及隧道工程领域，尤其是涉及一种用于观测盾构机土仓的密封装置和含有其的盾构机。

背景技术：

相关技术中，盾构机(如土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机或多模式盾构机等)开挖隧道的过程中，依靠其土仓内充满一定压力的泥浆或渣土来平衡掌子面岩土压力，盾构机的刀盘也全部“浸没”在土仓内的泥浆或渣土里。盾构施工过程中，需要定期检查刀盘、刀具磨损情况和土仓内渣土的实际状况，由于土仓内部是一个充满泥浆或渣土的封闭、黑暗空间，人员不能直接进入。目前的检查方法一般是先降低土仓内的泥浆或渣土液位至中心线以下，甚至需要全部清空舱内渣土，以便留出人员在舱内活动和检查设备所需空间，然后往土仓内注入适当的压缩空气，由压缩空气对掌子面的地下水进行密封，防止渗入，最后由人工带压进舱进行实地查看。然而，这种检查方式不仅成本高，且存在较大安全风险，尤其是在大埋深、高水压地层环境中，国内外已发生多起土仓内作业安全事故。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于观测盾构机土仓的密封装置，所述密封装置的密封效果好。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述用于观测盾构机土仓的观测装置的盾构机。

根据本发明第一方面的用于观测盾构机土仓的密封装置，包括：密封壳体，所述密封壳体内具有沿所述密封壳体的轴向贯通的安装孔和环绕所述安装孔外周的密封腔；形成为环形形状的第一密封件，所述第一密封件设在所述密封腔内；以及旋转架，所述旋转架沿所述密封壳体的轴向可转动地设在所述密封腔内，所述旋转架位于所述密封壳体和所述第一密封件之间，所述旋转架和所述第一密封件之间设有适于充注液体的充液腔。

根据本发明的用于观测盾构机土仓的密封装置，通过设置充液腔，充液腔内的充注的液体可以向第一密封件施加压力，使第一密封件与安装在安装孔内的部件密封更严密，密封效果好。而且，通过设置可旋转的旋转架，旋转架可以与安装在安装孔内的部件一起旋转，减小了施加在该部件上的作用力，旋转阻力小。

根据本发明的一些实施例，所述密封壳体和所述旋转架之间设有至少一个滚动轴承。

可选地，所述滚动轴承为两个且所述两个滚动轴承沿所述密封壳体的轴向间隔设置。

进一步地，所述密封腔的远离所述密封壳体中心的一侧敞开，所述密封腔的所述一侧设有端板，所述端板与对应的所述滚动轴承的外圈止抵，且所述端板固定在所述密封壳体上。

进一步地，所述密封腔的内壁和所述旋转架之间设有至少一个第二密封件。

进一步地，所述用于观测盾构机土仓的密封装置进一步包括：第三密封件，所述第三密封件设在所述滚动轴承的远离所述充液腔的一侧。

根据本发明的一些实施例，所述充液腔包括：多条周向槽，所述多条周向槽形成在所述旋转架的内周壁上且沿所述密封壳体的轴向间隔设置，每条所述周向槽沿所述密封壳体的周向延伸；和至少一条连通槽，所述连通槽形成在所述旋转架的内周壁上且用于将所述多条周向槽连通。

进一步地，所述旋转架上形成有沿旋转架的外周壁的周向延伸的环形凹槽和用于将所述环形凹槽与所述连通槽连通的连通通道，所述密封壳体上形成有沿密封壳体的周向间隔设置的充液入口和泄压口，所述充液入口和所述泄压口均与所述环形凹槽相对。

根据本发明的一些实施例，所述旋转架的内周壁上形成有用于容纳所述第一密封件的容纳槽部，所述容纳槽部的远离所述密封壳体中心的一侧敞开，所述容纳槽部的所述一侧设有用于压紧所述第一密封件的压紧法兰，所述压紧法兰固定在所述旋转架上。

根据本发明的一些实施例，所述旋转架的内周壁上形成有用于容纳所述第一密封件的容纳槽部，所述第一密封件的两端具有向外延伸出的延伸部，所述容纳槽部的内壁上形成有用于容纳所述延伸部的安装槽。

根据本发明第二方面的盾构机，包括根据本发明上述第一方面的用于观测盾构机土仓的观测装置。

根据本发明的一些实施例，所述盾构机为土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机或多模式盾构机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置的使用状态示意图；

图4是根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置的使用前的冲洗操作示意图。

附图标记：

100：密封装置；

101：密封壳体；111：安装孔；112：密封腔；

113：充液入口；114：泄压口；

102：第一密封件；103：旋转架；131：周向槽；132：连通槽；

133：环形凹槽；134：连通通道；104：滚动轴承；

105：第二密封件；106：第三密封件；

107：单向阀；108：球阀；109：减压阀；

201：摄像装置；901：冲洗管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置100。密封装置100适于与观测盾构机土仓的其它装置(例如，摄像装置201、用于控制摄像装置201活动的旋转机构)等一起配合使用，以对刀盘、刀具磨损情况和盾构机土仓内渣土的实际状况等进行观测，如图3所示。当然，密封装置100也可以与冲洗装置配合使用，以在观测之前对观测通道进行冲洗，防止观测通道被固体渣料堵塞，如图4所示。其中，密封装置100可以有效保证盾构机土仓内的压力，且在冲洗时可以防止盾构机土仓内的泥水等沿冲洗装置倒灌入操作室内，这样可以避免在盾构机土仓带压的状态下，人工带压进入盾构机土仓作业，提高了带压作业时冲洗的安全性。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置100，包括密封壳体101、形成为环形形状的第一密封件102以及旋转架103。

具体而言，如图1和图2所示，密封壳体101内具有沿密封壳体101的轴向(例如，图1和图2中的左右方向)贯通的安装孔111和环绕安装孔111外周的密封腔112。安装孔111适于安装旋转机构的驱动杆(如图3所示)或冲洗装置的冲洗管901(如图4所示)。第一密封件102设在密封腔112内。旋转架103为中空环形结构，旋转架103沿密封壳体101的轴向可转动地设在密封腔112内，此时旋转架103可以绕壳体的中心轴线可旋转，旋转架103位于密封壳体101和第一密封件102之间，第一密封件102可以设在旋转架103的内周面上。其中，密封壳体101、第一密封件102和旋转架103优选同轴设置。

当安装孔111内安装驱动杆时，旋转驱动杆，驱动杆可以带动与其相连的摄像装置201旋转，以更好地对盾构机土仓内的情况进行观测，在此过程中，旋转架103可以与驱动杆同步转动，由于旋转架103与驱动杆之间设有第一密封件102，通过使旋转架103与驱动杆一起共同相对于密封壳体101旋转，减小了驱动杆的转动阻力，使得驱动杆转动轻松，而且，由于第一密封件102可以密封驱动杆与旋转架103之间的间隙，从而可以有效防止盾构机土仓内的渣土等通过驱动杆与旋转架103之间的间隙流出，且保证了盾构机土仓内的压力。

由于盾构机土仓内往往充满泥浆或塑性渣土，伸入隔板的观测口往往被固体渣料堵塞，因此，在观测之前可以在密封装置100上先安装冲洗管901，以对观测通道进行冲洗。待冲洗完毕后，再将冲洗管901拆下，装上旋转机构和摄像装置201等，以对盾构机土仓进行观测。

旋转架103和第一密封件102之间设有适于充注液体的充液腔，充液腔为密封腔112室，当向充液腔内注入液体时，液体会使充液腔膨胀，压迫第一密封件102使第一密封件102与设在安装孔111处的部件(例如，驱动杆或冲洗管901等)之间的密封更严密。可选地，液体为水，但不限于此。当然，还可以根据盾构机土仓内的压力设置适当的充液压力以使第一密封件102可以紧紧地包裹住驱动杆或冲洗管901等。

可选地，第一密封件102优选为弹性件，但不限于此。

根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置100，通过设置充液腔，充液腔内的充注的液体可以向第一密封件102施加压力，使第一密封件102与安装在安装孔111内的部件密封更严密，密封效果好。而且，通过设置可旋转的旋转架103，旋转架103可以与安装在安装孔111内的部件一起旋转，减小了施加在该部件上的作用力，旋转阻力小。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，密封壳体101和旋转架103之间设有至少一个滚动轴承104。具体而言，滚动轴承104的外圈与密封圈的内周壁贴紧，滚动轴承104的内圈套设在旋转架103的外周壁上且与旋转架103同步回转。由此，通过设置滚动轴承104，可以有效减小密封壳体101与旋转架103之间的摩擦损失，使旋转架103旋转轻松。

可选地，如图1和图2所示，滚动轴承104为两个，且两个滚动轴承104沿密封壳体101的轴向间隔设置，此时旋转架103的纵向截面大体为“十”字形，旋转架103为回转结构，两个滚动轴承104的内圈与旋转架103两侧的轴肩紧密贴合。

如图1和图2所示，密封腔112的远离密封壳体101中心的一侧(例如，图1和图2中的右侧)敞开，密封腔112的上述一侧设有端板，端板与对应的滚动轴承104的外圈止抵，且端板固定在密封壳体101上，此时端板相对于密封壳体101是固定不动的。由此，方便了滚动轴承104、旋转架103等的安装，在滚动轴承104、旋转架103等装入密封腔112内后，可以将端板通过螺纹紧固件例如螺栓等连接在密封壳体101上，安装方便且牢靠。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，充液腔包括：多条周向槽131和至少一条连通槽132，多条周向槽131形成在旋转架103的内周壁上，且多条周向槽131沿密封壳体101的轴向间隔设置，多条周向槽131优选沿密封壳体101的轴向均匀间隔分布，每条周向槽131沿密封壳体101的周向延伸，例如，每条周向槽131可以大体为沿密封壳体101的周向延伸的环形槽。连通槽132形成在旋转架103的内周壁上，且连通槽132用于将多条周向槽131连通。可选地，连通槽132沿旋转架103的纵向延伸。由此，通过设置多条周向槽131和连通槽132，连通槽132内的液体可以流向多条周向槽131，从而多条周向槽131内的液体可以大致均匀地作用在第一密封件102上，使得第一密封件102与安装在安装孔111内的部件(如驱动杆或冲洗管901等)沿密封壳体101的轴向均匀接触，从而进一步保证了密封装置100的密封性。

其中，第一密封件102可以包括沿密封壳体101的轴向依次设置的多个子密封件，如图1和图2所示，多条周向槽131可以与多个子密封件一一对应。当然，第一密封件102还可以为一体形成件，此时第一密封件102通过整体加工制造得到。

进一步地，参照图1和图2，旋转架103上形成有沿旋转架103的外周壁的周向延伸的环形凹槽133和用于将环形凹槽133与连通槽132连通的连通通道134，环形凹槽133可以由旋转架103的外周壁的一部分向内凹入形成，连通通道134优选沿旋转架103的径向延伸，以便于加工制造，降低加工成本。密封壳体101上形成有沿密封壳体101的周向间隔设置的充液入口113和泄压口114，充液入口113和泄压口114均与环形凹槽133相对。由此，通过设置充液入口113和泄压口114，外部液体例如水等可以通过充注入口依次流经环形凹槽133、连通通道134、连通槽132后进入多条周向槽131，以将第一密封件102压紧在安装孔111内的部件上，当充液腔内的压力过高时，可以打开与泄压口114相连的阀门，排出充液腔内的液体以降低压力。充液入口113、环形凹槽133、连通通道134、连通槽132、多条周向槽131和泄压口114共同构成充液流路。

进一步地，充液入口113处设有沿朝向上游的方向依次相连的单向阀107、球阀108和减压阀109。其中，单向阀107、球阀108和减压阀109可以通过管路顺次密封连接。

环形凹槽133通过连通通道134与连通槽132和与其连通的多条周向槽131相互连通成一个封闭空间，该封闭空间与位于旋转架103两侧的滚动轴承104实现相互密封隔离。参照图1和图2，密封腔112的内壁和旋转架103之间设有至少一个第二密封件105，第二密封件105用于密封密封壳体101与旋转架103之间的间隙。例如，如图1和图2所示，环形凹槽133的轴向两侧分别设有一个第二密封件105，以将充液流路与两侧的滚动轴承104隔开。由此，通过设置第二密封件105，可以进一步提高密封装置100的密封性能。可以理解的是，第二密封件105的个数以及具体排布方式等可以根据实际要求具体设置，以更好地满足实际要求。

进一步地，用于观测盾构机土仓的密封装置100进一步包括：第三密封件106，第三密封件106设在滚动轴承104的远离充液腔的一侧。具体而言，如图1和图2所示，密封腔112的左侧壁与旋转架103的左端之间、以及端板的内周壁与旋转架103的右端之间分别设有一个第三密封件106，以将滚动轴承104与外部环境隔开，保证了滚动轴承104的正常运行。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，旋转架103的内周壁上形成有用于容纳第一密封件102的容纳槽部，容纳槽部可以由旋转架103的内周壁的一部分向外凹入形成，容纳槽部的远离密封壳体101中心的一侧(例如，图1中的右侧)敞开，以便于安装第一密封件102，容纳槽部的上述一侧设有用于压紧第一密封件102的压紧法兰，此时第一密封件102的初始压缩量可以通过调整压紧法兰的压紧力实现。压紧法兰固定在旋转架103上，例如，压紧法兰可以通过螺纹紧固件例如螺栓等连接在旋转架103上。充液腔形成在容纳槽部的内壁上。

根据本发明的另一些实施例，如图2所示，旋转架103的内周壁上形成有用于容纳第一密封件102的容纳槽部，容纳槽部可以由旋转架103的内周壁的一部分向外凹入形成，第一密封件102的两端具有向外延伸出的延伸部，容纳槽部的内壁上形成有用于容纳延伸部的安装槽。由此，通过设置延伸部，可以牢靠地将第一密封件102安装在旋转架103上，而不易松脱，且进一步保证了第一密封件102受力的均匀性。此时第一密封件102优选为一体形成件。

进一步地，如图2所示，容纳槽部的远离密封壳体101中心的一侧(例如，图1中的右侧)敞开，以便于安装第一密封件102，容纳槽部的上述一侧设有用于压紧第一密封件102的压紧法兰，此时第一密封件102的初始压缩量可以通过调整压紧法兰的压紧力实现。压紧法兰固定在旋转架103上，例如，压紧法兰可以通过螺纹紧固件例如螺栓等连接在旋转架103上。充液腔形成在容纳槽部的内壁上。压紧法兰与旋转架103之间共同限定出用于容纳延伸部的安装槽。

根据本发明实施例的用于观测盾构机土仓的密封装置100，结构简单，使用方便，密封性能好，且可以在线调节。

根据本发明第二方面实施例的盾构机(图未示出)，包括根据本发明上述第一方面实施例的用于观测盾构机土仓的观测装置。可选地，盾构机可以为土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机或多模式盾构机等。其中，土压平衡盾构机可以用于开挖黄土层，泥水平衡盾构机可以用于开挖泥水层，多模式盾构机可以在多个模式下切换，例如，在开挖黄土层模式和开挖泥水层模式之间切换。

根据本发明实施例的盾构机，通过设置上述的用于观测盾构机土仓的观测装置，可以有效保证盾构施工过程中的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。