一种用于常压刀具后退的监测防护装置及其使用方法与流程

本发明涉及一种用于常压刀具后退的监测防护装置及其使用方法，尤其涉及泥水盾构中应用了常压刀盘设计，在复杂地层条件下施工，可能出现常压刀具后退风险的环境下使用的监测防护装置及其使用方法。

背景技术：

泥水平衡盾构作为一种隧道机械化施工装备被广泛应用在公路、铁路等隧道修建中，具有安全性好、施工效率高、对环境影响小等优点，尤其适用于沉降控制严格、富水环境。

为解决高水压环境下泥水平衡盾构刀具更换难点，常压换刀装置广泛应用于大直径盾构上。在复杂地层掘进过程中，常压刀具存在偶遇孤石、异物等极端条件使刀具受到载荷极大，从而导致刀筒向中心锥内后退，一旦刀筒与常压换刀装置密封座之间的螺栓失效，高压泥水会快速涌入淹没中心锥，处置不及时会造成事故。

针对常压刀具存在的后退风险，如何能够快速发现刀具后退并及时处理，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于常压刀具后退的监测防护装置及其使用方法。

本申请提供一种用于常压刀具后退的监测防护装置，包括：弧形工作面、位移测量系统和挡板；

所述弧形工作面位于刀筒的外圆面；套装在所述刀筒外侧的密封座的侧壁设有安装孔，所述安装孔的轴线与所述刀筒的轴线垂直，所述位移测量系统安装在所述安装孔内；

所述位移测量系统包括滑动杆、套筒、弹性件、密封盖和信号采集传输模块；所述密封盖与所述套筒连接，所述滑动杆的一端抵顶所述弧形工作面，另一端位于所述套筒内，并通过所述弹性件抵顶所述密封盖；所述信号采集传输模块能够采集所述滑动杆的移动；

所述密封座的后端面设有法兰盘，所述挡板位于所述法兰盘的后端面，与所述法兰盘固定连接，且二者相距预定距离。

可选的，所述弧形工作面的底部为预定长度的平面，所述弧形工作面在所述刀筒外圆面的圆周上形成环形凹槽。

可选的，所述位移测量系统通过所述密封盖安装在所述安装孔内，所述密封盖与所述密封座之间设有密封垫。

可选的，所述密封盖的侧壁的内壁和外壁均设有螺纹，所述内壁与套筒螺纹连接，所述外壁与所述密封座螺纹连接。

可选的，所述信号采集传输模块包括位移传感器、信号采集模块和信号传输模块；所述位移传感器位于所述密封盖底部的密封孔内，将采集到的所述滑动杆的位移传递给信号采集模块和信号传输模块。

可选的，所述滑动杆与所述弧形工作面接触的端部呈圆弧状。

可选的，所述挡板通过螺栓与所述法兰盘固定连接。

本发明还提供了一种用于常压刀具后退的监测防护装置的使用方法，使用上述任一项所述的监测防护装置，包括以下步骤：

步骤s1：在刀筒的外圆面加工弧形工作面，并在所述刀筒外侧的密封座的侧壁开设安装孔，所述弧形工作面位于所述安装孔孔底的中部；

步骤s2：将位移测量系统安装在所述安装孔内，并使得其滑动杆的端部抵顶所述弧形工作面；

步骤s3：所述密封座的法兰盘的后端面，将挡板与所述法兰盘固定连接；

步骤s4：当外力迫使所述刀筒与所述密封座相互移动时，所述滑动杆的端部沿所述弧形工作面移动，并使得所述滑动杆在其轴向方向上产生位移，并被所述位移测量系统采集；

步骤s5：当所述刀筒与所述密封座的相对位移较大时，所述刀筒的后端面将抵顶所述挡板。

本发明的技术方案与现有技术相比具有下列优点：

针对常压刀具存在的后退风险，从提高盾构施工安全性角度出发，提出了一种监测后退行为并能有效防护的装置及使用方法，能够对刀具后退行为及时监测发现并对刀具后退进行限位阻挡，提高了盾构施工的安全性。

该用于常压刀具后退的监测防护装置，借助位移测量系统间接对弧形工作面移动量开展测量，在常压刀具后退的状况下，可将刀筒沿掘进方向的位移变化通过位移测量系统进行测量，随后将位移测量值经信号转换及传输系统传递至主控室，技术人员可根据预警信息采取针对性的处理措施。此外，在常压刀筒受重载继续后退的极端恶劣工况下，刀筒法兰面螺栓破坏，通过设计防护挡板阻止刀筒继续后退，极大减缓泥水涌入的速度，提高了施工的安全性及处置的便利性。本发明具有结构简单、安装方便，能够提高带常压换刀功能盾构在复杂地质环境下施工的安全性，防止常压刀具后退带来的灾害，降低施工成本，提高施工效益。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的用于常压刀具后退的监测防护装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示的监测防护装置的螺栓失效后刀具回退致刀筒与挡板接的触状态示意图；

其中，图1和图2中的附图说明和部件名称之间的对应关系如下：

弧形工作面1；滑动杆2；

套筒3；密封垫4；

弹性件5；密封盖6；

位移传感器7；密封孔8；

信号采集模块9；信号传输模块10；

法兰盘11；螺栓12；

挡板13；刀筒14；

刀具15；密封座16。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的用于常压刀具后退的监测防护装置一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示的监测防护装置的螺栓失效后刀具回退致刀筒与挡板接的触状态示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种用于常压刀具后退的监测防护装置，包括：弧形工作面1、位移测量系统和挡板13；

所述弧形工作面1位于刀筒14的外圆面；套装在所述刀筒14外侧的密封座16的侧壁设有安装孔，所述安装孔的轴线与所述刀筒14的轴线垂直，所述位移测量系统安装在所述安装孔内；

所述位移测量系统包括滑动杆2、套筒3、弹性件5、密封盖6和信号采集传输模块；所述密封盖6与所述套筒3连接，所述滑动杆2的一端抵顶所述弧形工作面1，另一端位于所述套筒3内，并通过所述弹性件5抵顶所述密封盖6；所述信号采集传输模块能够采集所述滑动杆2的移动；

所述密封座16的后端面设有法兰盘11，所述挡板13位于所述法兰盘11的后端面，与所述法兰盘11固定连接，且二者相距预定距离。

该用于常压刀具后退的监测防护装置，借助位移测量系统间接对弧形工作面1移动量开展测量，在常压刀具后退的状况下，可将刀筒14沿掘进方向的位移变化通过位移测量系统进行测量，随后将位移测量值经信号转换及传输系统传递至主控室，技术人员可根据预警信息采取针对性的处理措施。

此外，在常压刀筒14受重载继续后退的极端恶劣工况下，刀筒法兰面螺栓破坏，通过设计防护挡板13阻止刀筒14继续后退，极大减缓泥水涌入的速度，提高了施工的安全性及处置的便利性。本发明具有结构简单、安装方便，能够提高带常压换刀功能盾构在复杂地质环境下施工的安全性，防止常压刀具后退带来的灾害，降低施工成本，提高施工效益。

进一步具体的实施方式中，所述弧形工作面1的底部为预定长度的平面，所述弧形工作面1在所述刀筒14外圆面的圆周上形成环形凹槽。

弧形工作面1的底部为一定长度的平面，该平面的长度取决于与其配合的滑动杆2，在刀筒14外圆面的圆周上，弧形工作面1呈360度分布，便于安装。

另一种具体的实施方式中，所述位移测量系统通过所述密封盖安装在所述安装孔内，所述密封盖与所述密封座之间设有密封垫。

具体的，所述密封盖6的侧壁的内壁和外壁均设有螺纹，所述内壁与套筒3螺纹连接，且安装有密封垫4，防止泥水从该处形成泄露通道，所述外壁与所述密封座16螺纹连接。密封垫4优选橡胶类密封垫。

另一种具体的实施方式中，所述信号采集传输模块包括位移传感器7、信号采集模块9和信号传输模块10；所述位移传感器7位于所述密封盖6底部的密封孔8内，将采集到的所述滑动杆2的位移传递给信号采集模块9和信号传输模块10。

密封盖6上部留有螺纹孔用于安装位移传感器7，螺纹孔底留有通孔，用于位移传感器7上的导线通过，并注入密封胶形成密封孔8。

位移传感器7可以为拉线式光栅光纤传感器或lvdt位移传感器。

信号采集模块9为信号采集、放大及a/d转换模块，实现对位移信号的采集及转换为数字信号。信号传输模块10与信号采集模块9通过屏蔽线连接，信号传输模块10选用zigbee、蓝牙(bluetooth)、wifi等将信号以无线信号发射，主控室的信号接收器可接收信号。

一种优选的实施方式中，所述滑动杆2与所述弧形工作面1接触的端部呈圆弧状。

弧形工作面1与滑动杆2底端配合形成移动副，滑动杆2底部为圆弧状，避免划伤刀筒外表面，滑动杆2上部在套筒3内壁滑动，滑动杆2与套筒3构成移动副，滑动杆2的上端面与弹性件5连接。

弹性件5可以为压缩弹簧，在滑动杆2行程范围内及刀盘所处的振动及离心力作用，要求弹性件5的压缩刚度要大，确保弹性件5处于压缩状态。

刀具15受力过大还会破坏刀筒14与常压换刀装置的密封座法兰盘的螺栓，泥水压力会让刀筒14继续向中心锥方向运动，直至碰到挡板13，该过程中由于刀具15后退其所受载荷出现减弱，借助挡板13阻挡作用能够让刀具15后退停止，此时只会出现较小的泥水涌入，为人员处置争取充足的时间。

在上述各具体的实施方式中，所述挡板13通过螺栓12与所述法兰盘11固定连接。

除了上述泥浆渗透成膜试验装置，本申请还提供了一种用于常压刀具后退的监测防护装置的使用方法，使用上述各实施例所述的监测防护装置，包括以下步骤：

步骤s1：在刀筒的外圆面加工弧形工作面，并在所述刀筒外侧的密封座的侧壁开设安装孔，所述弧形工作面位于所述安装孔孔底的中部；

步骤s2：将位移测量系统安装在所述安装孔内，并使得其滑动杆的端部抵顶所述弧形工作面；

步骤s3：所述密封座的法兰盘的后端面，将挡板与所述法兰盘固定连接；

步骤s4：当外力迫使所述刀筒与所述密封座相互移动时，所述滑动杆的端部沿所述弧形工作面移动，并使得所述滑动杆在其轴向方向上产生位移，并被所述位移测量系统采集；

步骤s5：当所述刀筒与所述密封座的相对位移较大时，所述刀筒的后端面将抵顶所述挡板。

该用于常压刀具后退的监测防护装置，借助位移测量系统间接对弧形工作面移动量开展测量，在常压刀具后退的状况下，可将刀筒沿掘进方向的位移变化通过位移测量系统进行测量，随后将位移测量值经信号转换及传输系统传递至主控室，技术人员可根据预警信息采取针对性的处理措施。此外，在常压刀筒受重载继续后退的极端恶劣工况下，刀筒法兰面螺栓破坏，通过设计防护挡板阻止刀筒继续后退，极大减缓泥水涌入的速度，提高了施工的安全性及处置的便利性。

以上对本发明所提供的用于常压刀具后退的监测防护装置及其使用方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。