用于掌子面的地层探测装置的制作方法

1.本实用新型涉及工程仪器勘察技术领域，具体涉及一种用于掌子面的地层探测装置。


背景技术：

2.在盾构法隧道施工开挖过程中，地层的实时信息影响着盾构机开挖的各项开挖参数，比如掘进压力、扭矩、刀盘转速、推进速度等等。而工程设计的勘察报告，基本覆盖了一个单位工程所可能包含的地质条件，由于勘探钻孔数量、范围及钻孔深度有限，在实际开挖过程中会遇到掌子面前方的地层与勘察设计报告上的地质条件有出入，在不改变掘进参数的情况下，盾构机掘进，很可能会导致地面出现不可预料的沉降和一定程度的塌陷，这种现象在上软下硬地层中表现得尤为明显，在地层参数变化的时候，掘进参数没有及时跟上，常常容易造成相应的地面变形过大。而目前，鉴于该情况仍然没有一个很好的处理方法，不能够及时感知掌子面地层参数的变化，不能根据实际地层信息及时调整盾构掘进参数，极易出现危险。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种用于掌子面的地层探测装置，旨在解决的技术问题之一是：现有盾构机在掘进的过程中，可能导致地面出现不可预料的沉降和一定程度的塌陷的技术问题。
4.考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种用于掌子面的地层探测装置，其包括：
6.液压油缸，其设置于盾构机的刀盘辐条上；
7.探测刀具，其设置于所述液压油缸上；
8.液压泵站，其通过液压管线将所述液压油缸连接，通过所述液压泵站驱动所述液压油缸上的探测刀具伸缩；
9.压力表，用于探测所述液压油缸内的压力，以在盾构隧道开挖过程中，实时探测掌子面所处地层的软硬程度。
10.为了更好地实现本实用新型，进一步的技术方案是：
11.进一步地，所述压力表的设置个数与所述液压油缸的数量相同，一个压力表对应探测一个液压油缸内的压力。
12.进一步地，所述液压油缸为5-10个。
13.进一步地，所述液压油缸为6个。
14.进一步地，所述液压油缸为多个且呈一条直线排列。
15.进一步地，还包括：
16.控制装置，其设置于中盾位置处，用于控制所述液压泵站的启动或停止。
17.进一步地，还包括：
18.油缸托件，其固定在所述刀盘辐条上，所述液压油缸与所述油缸托件可拆卸连接。
19.进一步地，所述探测刀具为锥形头。
20.进一步地，连接所述液压油缸的液压管线经回转中心后与所述液压泵站连接。
21.进一步地，所述第二液压油缸设置于中盾走道板处。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：
23.本实用新型的一种用于掌子面的地层探测装置，是基于盾构机结构的附加装置，其主要是在盾构机刀盘辐条和中盾走道位置处加装液压油缸，并在中盾位置处加装相应的液压能源装置(电机、泵等)、控制调节装置(溢流阀、截止阀、单向阀等)、辅助装置(油箱、油管、过滤器、控制按键等)。实现了盾构隧道开挖过程中，实时探测掌子面所处地层的软硬程度，采集掌子面的相关信息，并及时预警，该探测装置的控制装置固定于中盾位置处，可以随时控制装置的启动和停止。通过本实用较好的解决了在施工过程中导致的地面出现不可预料的沉降和一定程度的塌陷的问题，保证了隧道施工的安全。
附图说明
24.为了更清楚的说明本技术文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本技术文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
25.图1为根据本实用新型一个实施例的用于掌子面的地层探测装置结构示意图。
26.图2为根据本实用新型另一个实施例的用于掌子面的地层探测装置结构示意图。
27.图3为图2的a-a剖面示意图。
28.其中，附图标记对应的附图名称为：
29.1-液压油缸，2-探测刀具，3-液压泵站，4-第二液压油缸，5-压力表，6-回转中心，7-中盾走道板，8-刀盘区域，9-盾体区域，10-操作按钮。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
31.参见图1所示，一种用于掌子面的地层探测装置，其包括液压油缸1、探测刀具2、液压泵站3和压力表5；液压油缸1设置于盾构机的刀盘辐条上；探测刀具2设置于所述液压油缸1上；液压泵站3通过液压管线将所述液压油缸1连接，通过所述液压泵站3驱动所述液压油缸1上的探测刀具2伸缩；压力表5用于探测所述液压油缸1内的压力，以在盾构隧道开挖过程中，实时探测掌子面所处地层的软硬程度。本实施例通过在盾构机上设置包含液压传动装置等部件进行地层探测，可以实时有效探测掌子面的实时地层软硬程度。液压传动装置具有运动稳定、反应快、惯性小等特点，能快速启动和制动，且其体积小、重量轻、结构紧凑，使用过程中液压元件有自润滑、易实现过载作用，维护简单，使用寿命长；采用液压传动的地层探测装置，将能够利用优势的传动原理，在盾构隧道掘进施工过程中及时有效地应采集掌子面的相关信息，从而及时预警。
32.一优选方案，上述液压油缸1可为5-10个，多个所述液压油缸1呈一条直线排列。即多个液压油缸1形成的液压油缸组固定在一刀盘辐条上，图1示出了从上到下共安装6个液压油缸1的示例。
33.本实用还可包括油缸托件，油缸托件固定在所述刀盘辐条上，所述液压油缸1与所述油缸托件可拆卸连接。一般地，油缸托件可焊接在刀盘辐条侧处，将液压油缸1用螺栓固定在油缸托件处，在液压油缸1上加装探测刀具2。
34.探测刀具2可以优选锥形头，锥形头可采用q235钢材。
35.连接所述液压油缸1的液压管线可经回转中心6后与所述液压泵站3连接。
36.第二液压油缸4可设置于中盾走道板7处，其具体可设置在中盾走道板7侧壁上，采用螺栓锚固，过滤阀安装在油箱上。
37.压力表5的设置个数与所述液压油缸1的数量相同，一个压力表5对应探测一个液压油缸1内的压力。根据其上公开的内容，可在液压泵上加装6个压力表，以实时探测油缸压力。
38.如图1所示，压力表5可设置于液压泵站3处。
39.中盾处可设置第二液压油缸4，该第二液压油缸4可以为多个，其形成第二液压油缸组，第二液压油缸组安装在中盾走道板7侧壁。
40.本实用还可包括控制装置，其可设置于中盾位置处，以用于控制所述液压泵站3的启动或停止。控制装置可与液压泵站3的油箱相邻，控制装置底部可位置放置垫箱，在垫箱表面设置控制按钮，按钮有“伸长”、“暂停”、“收缩”三个键，垫箱用软管连接油箱；此油缸组作为可视化油缸组，供测量和读数使用。
41.上述实施例的整套液压系统供电可由盾构机电源提供，采用盾构机电箱配套的电源接电。
42.液压泵站3一般包括油箱、过滤阀等，过滤阀安装在油箱上。
43.刀盘辐条可随着刀盘可进行360度任意角度旋转，其中若在0
°
上，辐条处于竖直线上，可以直观判断掌子面上从下到上的土层程度，及时发现上软下硬地层等复杂土层信息，若在90
°
上，处于水平线上，可以通过压力表读数和油缸行程判断掌子面从左到右的土层软硬程度，也可根据现场施工情况和实际需求选取任意角度去获得对应土层软硬程度，根据实际工程需要得到实时的土层信息，降低盾构推进过程的风险。
44.再如图2所示，图2示出了刀盘区域8和盾体区域9等，回转中心6和液压泵站3等位于盾体区域9，回转中心6与液压油缸1连接的液压管线穿过刀盘区域8。
45.如图3所示，图3示出了图2的a-a剖面结构，其示出的第二液压油缸4的优选个数为6个。第二液压油缸4下方设置操作按钮10。
46.上述实施例的探测过程包括：
47.盾构机暂停掘进，通过控制调整盾构机刀盘旋转角度，将加装有液压油缸1的辐条贴住掌子面。此时按住“伸长”按钮，液压油缸1向前顶进，带动锥形头前进，随着锥形头不断扎入土体，中盾处泵和油缸组的6个压力表读数和相应油缸行程不断变化，当压力表读数到达一定范围或者顶进深度到达一定范围时，此时按住“暂停”按钮，记录下压力表读数和测量中盾位置处油缸组的行程最终值，记录好相关数据后，按下“收缩”按钮，将辐条上的油缸收回，锥形头被一起带回原位，返回辐条侧壁托件处。
48.依据压力表读数和油缸行程值与现有土层参数进行对照，确定掘进过程中土层与压力读数、油缸行程值的对应关系。实际工程中，在土层未知情况下或者需要核实土层的参数信息，通过此方法，读取相应的压力表读数和油缸行程，并通过已建立的对应关系，获取实时的土层软硬情况，有效掌握掌子面土层参数信息，规避可能的上软下硬等复杂土层情况，及时做出开挖调整，提前预警。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
50.在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
51.尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。