本實用新型涉及一種隧道工程機械，特別涉及一種用于沖洗盾構機刀盤的清洗裝置。

背景技術：

泥餅是盾構機的刀盤切削下來的細小粘土顆粒、碎屑在刀盤上和土艙內重新聚集而成的半固結和固結狀的塊狀體。當刀盤結泥餅后，渣土流動通道容易被泥餅堵塞，進而造成盾構機推進速度降低、推力增大、土體改良效果變差、刀盤軸承溫度增長過快等現象，繼而可能引起地面變形增大甚至出現地面坍塌事故，嚴重影響盾構施工安全。泥餅問題已成為影響盾構施工安全和效率的重要危害因素，國內外學者和施工用戶均在實踐中不斷探尋解決“泥餅”問題的途徑。

目前解決泥餅問題主要從泥餅預防和泥餅破除兩方面著手。泥餅預防措施一般包括盾構機設計和施工方面，例如加大刀盤開口率、注入土體改良劑、增設攪拌裝置、設定合適的盾構掘進參數、定期開倉檢查等。泥餅破除則是在出現結泥餅問題(一般固結在刀盤上)后采取的處理措施，目前主要是常壓或帶壓進倉進行人工破除，但無論是常壓進艙還是帶壓進倉均存在著較大的施工風險，尤其是在地質穩定性較差地段進倉清除泥餅，往往需要進行復雜的地質加固，不僅成本高，而且周期長。由于地質條件很難精確預測，泥餅的防止和破除目前仍沒有一種高效的技術方法。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題為如何大范圍沖洗刀盤上的泥餅并且在沖洗之前如何探測刀盤上的泥餅。

針對上述技術問題，本實用新型提出了一種用于沖洗盾構機刀盤的清洗裝置，其包括：球窩座，設置在球窩座內、與球窩座球窩連接且內部設置有貫通球窩座兩側的通道的球芯，以及一端能貫穿通道的清洗管，清洗管的另一端用于接通清洗液供給裝置。

在一個具體的實施例中，通道為直通道，清洗管為直管。

在一個具體的實施例中，清洗裝置還包括密封組件，

密封組件包括與通道相接通的且與通道同軸的筒體以及設置在筒體內、環狀的且與筒體同軸且內腔供清洗管通過的密封件，

筒體的內壁和密封件的外壁之間形成液壓室，

向液壓室充入流體能使得密封件與清洗管之間形成密封。

在一個具體的實施例中，液壓室由筒體的內周壁凹陷形成凹槽的內壁與密封件的外周壁圍合而成，筒體還設置貫穿筒體的筒壁且連通液壓室的流體注入孔。

在一個具體的實施例中，凹槽包括由筒體的內周壁凹陷形成的、與筒體同軸且與密封件對齊的環形凹槽，環形凹槽的寬度小于密封件的寬度。

在一個具體的實施例中，環形凹槽設置有多個，凹槽還包括由筒體的內壁凹陷形成的、徑向延伸的且連通各個環形凹槽的條槽，密封件設置有多個，多個密封件沿筒體的軸線方向依次排列且相互壓緊，每個環形凹槽對應環繞在一個密封件外。

在一個具體的實施例中，清洗管包括直管段以及設置在直管的前端的噴嘴。

在一個具體的實施例中，噴嘴設置有沿徑向方向延伸的出液孔。

在一個具體的實施例中，直管段的前端能與噴嘴螺紋連接，清洗裝置還包括底端能與直管段的前端螺紋連接的取樣管。

在一個具體的實施例中，取樣管包括底端與直管段的前端螺紋連接、底端設置有通孔的且與直管段的同軸的桶體以及推桿，推桿包括設置在桶體內的滑塊以及從滑塊伸出且貫穿通孔的直桿。

在盾構機中，土倉隔板靠近刀盤的一側為盾構機的土倉。球窩座安裝到土倉隔板上后，清洗管的前端可以穿過球芯上的通道而進入土倉而對刀盤上的泥餅進行沖洗，以去除泥餅。又由于球芯與球窩座為球鉸接，球芯可以在球窩座內轉動，這樣就可以擺動清洗管以調整清洗管的沖洗角度，從而使得沖洗管對刀盤的沖洗范圍變大，由此，刀盤上凝結泥餅的絕大部分區域均能被沖洗到。另外，在清洗管沖洗泥餅之前，還可以利用清洗管對刀盤的預定區域進行探測，以判斷刀盤上是否凝結有泥餅。例如，清洗管按預設角度向刀盤方向伸入，根據盾構機的設計參數可知，清洗管能伸入到某個預設深度及其以上則無泥餅，反之則有泥餅，這樣就無需打開土倉來觀察刀盤上是否有泥餅，能提升施工人員的安全。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中：

圖1為本實用新型的一種實施方式中的清洗裝置的全剖示意圖；

圖2為圖1中的清洗裝置在使用狀態下的主視剖視示意圖；

圖3為圖1中的清洗裝置在使用狀態下的俯視剖視示意圖；

圖4為圖1中的密封組件的全剖示意圖；

圖5為本實用新型的一種實施方式中的清洗裝置的使用狀態示意圖；

圖6為本實用新型的一種實施方式中的清洗管的局部剖視圖；

圖7為圖6中的清洗管的拆解示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。

圖1顯示了本實用新型的一種實施方式中的用于沖洗盾構機刀盤的清洗裝置1。這種清洗裝置1通常安裝在盾構機的土倉隔板2上。該清洗裝置1包括球窩座10，設置在球窩座10內的球芯20以及清洗管40。球芯20內設置有通道21，清洗管40能穿過該通道21而對刀盤進行沖洗，以清除堵塞刀盤上固結的泥餅。

球芯20的外周面為球面，球芯20內設置有沿其軸線延伸的通道21。該通道21貫穿球芯20的通道21。在本實施例中，球芯20構造為球形，球芯20內的通道21設置成直通道21，且該通道21通過球芯20。

球窩座10設置有安裝孔，該安裝孔用于容納球芯20。安裝孔的內周壁為球面。該球面與球芯20的外周面相匹配，以使得球芯20與球窩座10之間形成球窩連接。當球芯20安裝到球窩座10內時，球芯20內的通道21貫通球窩座10的兩側。盾構機的土倉隔板2上通常設置有球窩座安裝孔，球窩座10安裝在盾構機的土倉隔板2的球窩座安裝孔內。這樣，球芯20內的通道21貫通土倉隔板2。

如圖2所示，清洗管40構造為可以通過球芯20內的通道21的管狀結構。清洗管40包括前端以及與前端相對的末端。將球窩座10安裝到土倉隔板2的球窩座安裝孔內后，清洗管40的前端可以從盾構機的土倉隔板2的一側伸入土倉 隔板2的另一側。清洗管40的末端用于接通清洗液供給裝置80。清洗液供給裝置80用于向清洗管40內注入清洗液，以使得清洗液以射流的形式從清洗管40的前端噴出。清洗液供給裝置80可以是水泵。清洗液可以是水，也可以加入表面活性劑的水溶液。清洗管40的前端可以是縮口，這樣清洗液從清洗管40的前端噴射的速度能更大。

如圖3所示，盾構機包括殼體101、刀盤100以及土倉隔板2。殼體101通常構造成圓筒狀結構，殼體101用于支撐隧道壁。刀盤100設置在殼體101前端，并設置成與殼體101同軸。土倉隔板2設置在殼體101內。土倉隔板2垂直于殼體101的軸線。土倉隔板2、殼體101和刀盤100所圍合成的腔室即為土倉102。在盾構機中，土倉隔板2靠近刀盤的一側為盾構機的土倉102。球窩座10安裝到土倉隔板2上后，清洗管40的前端可以穿過球芯20上的通道21而進入土倉而對刀盤上的泥餅進行沖洗，以去除泥餅。又由于球芯20與球窩座10為球鉸接，球芯20可以在球窩座10內轉動，這樣就可以擺動清洗管40以調整清洗管40的沖洗角度。例如，清洗管40可以向沿橫向擺動來沖洗刀盤靠內或靠外的部分，而刀盤100可以繞其軸線轉動，這樣即能沖洗到刀盤100朝向殼體101的一側的各個部分。尤其是，當需要沖洗刀盤100遠離清洗裝置1的部位時，清洗管40還能向該部位伸入以使得清洗管40的出口端靠近該部位，從而使得該部位獲得較大的沖刷力。這樣，沖洗管對刀盤的沖洗范圍變大，由此，刀盤上凝結泥餅的絕大部分區域均能被沖洗到。另外，在清洗管40沖洗泥餅之前，還可以利用清洗管40對刀盤的預定區域進行探測，以判斷刀盤上是否凝結有泥餅。例如，清洗管40按預設角度向刀盤方向伸入，根據盾構機的設計參數可知，清洗管40能伸入到某個預設深度及其以上則無泥餅，反之則有泥餅，這樣就無需打開土倉來觀察刀盤上是否有泥餅，能提升施工人員的安全。

優選地，球窩座10的端面向內凹陷形成內錐面。球窩座10的內錐面形的端面使得清洗管40更難與球窩座10產生干涉，清洗管40擺動的范圍更大，從而對刀盤的清洗范圍更大。

優選地，球窩座10包括第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12。第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12均為環形。第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12的內孔的內壁均為半球面。第一法蘭蓋11和第二法蘭該均為可拆卸連接，例如螺栓連接。第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12處于連接狀態時，第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12的內孔 對齊，并且第一法蘭蓋11的內孔的大直徑段和第二法蘭蓋12的大直徑段相對接。這樣，第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12的內孔組合成球窩座10的安裝孔。這樣設計更方便向球窩座10內安裝球芯20。

優選地，球窩座10與球芯20之間還設置有密封圈13。密封圈13用于密封球芯20與球窩座10之間的間隙，以防止流體或粉塵從球窩座10的一側經過球芯20與球窩座10之間的間隙而流入到球窩座10的另一側。密封圈13優選為與球窩座10的安裝孔同軸設置。密封圈13可以設置多個以增強密封效果。例如，第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12的內孔均設置有向內凹陷的環形凹槽，兩個密封圈13分別設置在第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12的兩個凹槽內。更優選地，第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12之間的設置有與球窩座10的安裝孔同軸的密封圈15，這樣，第一法蘭蓋11和第二法蘭蓋12之間的密封性能更好。

優選地，如圖4所示，清洗裝置1還包括密封組件50。密封組件50包括筒體51和密封件52。筒體51的一端接通于球芯20，并且與球芯20的通道21同軸設置。筒體51與球芯20的之間密封設置。密封件52構造為環形。密封件52固定設置在筒體51內并與筒體51同軸設置。密封件52具有撓性或彈性。密封件52的內孔用于通過清洗管40。清洗管40插入到密封組件50內后，密封件52用于密封筒體51與清洗管40之間的間隙。當盾構機的土倉內的壓力較大，例如盾構機為泥水平衡盾構機帶壓施工時，采用清洗管40探測泥餅或者沖洗泥餅，密封組件50可以防止土倉內的泥水沿清洗管40的外壁倒灌入操作室內。這樣可以避免在土倉帶壓狀態下，人工帶壓進入土倉作業，提高帶壓作業時對泥餅探測和清洗的安全性。

優選地，清洗裝置1還包括在密封件52的外壁與筒體51的內壁之間形成液壓室53，以及貫通筒體51的筒壁并連通于液壓室53的流體注入孔56。液壓室53為密閉的腔室。向流體注入孔56內注入流體使得液壓室53膨脹，流體壓迫密封件52以使得密封件52與清洗管40之間的密封更嚴密。該流體優選為水。還可以根據土倉壓力(由盾構控制室給出)設置適當的充水壓力并往流體注入孔56內注水以使得密封件52緊緊包裹住清洗管40。

優先地，筒體51的內周壁凹陷形成凹槽。液壓室53由該凹槽的內壁與密封件52的外周壁圍合而成。當流體充入到液壓室53內后，流體的壓力垂直作用于密封件52的外周壁，密封件52受力更合理。液壓室53內的流體壓力可以設置 得更小。

優選地，筒體51內周壁上的凹槽包括環形凹槽55。環形凹槽55與筒體51同軸設置。環形凹槽55的寬度小于密封件的寬度。環形凹槽55還與密封件52對齊。環形凹槽55的內壁與密封件52的外壁之間形成液壓室53。這樣就在密封件52外周形成環繞密封件52的液壓室53。液壓室53內充入流體時，液壓室53內的壓力均勻地作用于密封件52的外周，密封件52受力更合理，密封件52與清洗管40之間的密封效果更好。

優選地，筒體51內周壁上的凹槽還包括條槽54。條槽54由筒體51的內壁凹陷形成。環形凹槽55設置有多個。條槽54徑向延伸，并接通各條環形凹槽55。密封件52設置有多個。多個密封件52沿筒體51的軸線方向依次排列。將多個密封件52被壓緊在一起，以使得相鄰的兩個密封件52之間形成密封。每個環形凹槽55對應環繞在一個密封件52外。這樣，條槽54、環形凹槽55的內壁與密封件52的外壁之間形成液壓室53。由于條槽54連通于各條凹槽，向流體注入孔56中注入流體，流體通過條槽54進入到各個環形凹槽55內。各個環形凹槽55內的流體徑向向內壓迫與環形凹槽55所對應的密封件52，這樣，各個密封件52均能均勻地與清洗管40相抵接，密封組件50的密封性能更好。

優選地，筒體51包括筒形的本體75以及蓋合在本體75一端上的端蓋71。端蓋71與本體75之間可以采用螺栓連接。本體75的另一端上設置有向內延伸的限位部76。該限位部76優選為凸環。多個密封件52設置在限位部76和端蓋71之間，被端蓋71和限位部76夾緊。更優選地，端蓋71設置有向限位部76徑向伸出的環形凸臺。環形凸臺的頂端抵接于密封件52。這樣能保證密封件52被夾緊時具有較大的形變量，相鄰密封件52之間的密封更可靠。更優選地，端蓋71與本體75之間采用多個調整螺栓連接。這樣方便調節相鄰兩個密封件52之間的壓力，使得相鄰兩個密封件52之間的壓力分布均勻。

優選地，本體75的限位部76為凸環。凸環的頂部設置有油脂環槽57。本體75還設置有貫穿本體75且連通油脂環槽57的注脂通道58。向注脂通道58內注入潤滑脂以使得潤滑脂填充滿油脂環槽57。當清洗管40插入到密封組件50時，潤滑脂涂布到清洗管40的外周面，清洗管40的抽插更靈活。另外，由于清洗管40的外表面涂布有潤滑脂，清洗管40與密封件52之間的密封更可靠。

優選地，密封組件50還包括唇式密封環59。唇式密封環59與筒體51同軸 設置。唇式密封環59設置在筒體51靠近球芯20的一端。唇式密封圈的唇部朝向球芯20。在清洗管40向外抽出時，唇式密封圈能刮掉清洗管40上絕大部分的泥水，同時防止泥水進入到唇式密封圈的另一側。唇式密封環59可以這設置在端蓋74與筒體51之間，并被端蓋74與筒體51的夾持住。

優選地，清洗裝置1還包括設置在密封組件50與球芯20之間供清洗管40通過的通道上的第一閥門31。第一閥門31用于開啟或關閉該通道。第一閥門31通常在進行泥餅探測或泥餅沖洗作業時打開，在清洗管40縮回到第一閥門31背離球芯20的一側關閉，以避免不作業時土倉內的泥水倒灌到操作室內。

優選地，清洗裝置1還包括設置在第一閥門31與密封組件50之間供清洗管40通過的通道上的第二閥門32，以及設置在第一閥門31和第二閥門32之間注水口34。注水口34上設置有第三閥門33，以開關注水口34。注水口34用于連通注水裝置，注水裝置用于向注水口34內注水。在清洗管40進行作業之前，首先打開第一閥門31和第三閥門33，同時關閉第二閥門32，采用注水裝置向土倉內注水，以將供清洗管40通過的通道內的雜質沖洗干凈。在清洗管40進行作業時，將第一閥門31和第二閥門32打開，將第三閥門33關閉即可。第一閥門31、第二閥門32和第三閥門33可以是球閥。

優選地，清洗裝置1還包括設置在第一閥門31和第二閥門32之間的壓力表35。壓力表35用于檢測第一閥門31和第二閥門32之間的流體介質的壓力。這樣就可以監測在清洗供清洗管40通過的通道時該通道內的流體壓力，可根據該流體壓力來調節注水裝置的功率以避免該流體壓力低于土倉壓力或超出土倉壓力過大。

優選地，清洗裝置1還包括支撐組件60。支撐組件60包括設置在第一閥門31和球芯20之間的管道30上的第一鉸接座61、一端與第一鉸接座61銷軸連接的支撐桿62以及與支撐桿62的另一端相鉸接的第二鉸接座63。第二鉸接座63用于與土倉隔板2固定連接。在不進行作業時，支撐組件60可以固定住球芯20的轉動。在需要進行作業時，只需要將連接第一鉸接座61和支撐桿62的銷軸抽出，球芯20即可恢復轉動的能力。

優選地，清洗管40包括直管段41和噴嘴42。噴嘴42設置在直管段41的前端，用于噴出清洗液。更優選地，如圖5所示，噴嘴42沿徑向設置有出液孔。這樣噴嘴42能沿直管段41的徑向方向向外噴射流體。這樣的噴嘴42能清洗土 倉內的各個角落，尤其是有利于對于刀盤外周、刀盤正面等較掩蔽位置進行沖洗。

優選地，如圖6所示，清洗管40還包括取樣管43。取樣管43為末端封閉的管狀結構。直管段41與噴嘴42之間為可拆卸連接。直管段41與取樣管43之間也為可拆卸連接。取樣管43與直管段41同軸設置。具體地，直管段41的前端能與噴嘴42之間形成螺紋連接，直管段41的前端也能與取樣管43的底端形成螺紋連接。取樣管43用于在探測泥餅階段對泥餅取樣。取樣管43安裝到直管段41的前端后，取樣管43的開口端朝前，當取樣管43插入到泥餅后縮回，取樣管43內容納有泥餅的樣品90。技術人員可以對該樣品90進行進一步地進行土巖分析判斷。

優選地，取樣管43的前端的端壁為尖端。這樣更方便取樣管43削切泥餅樣品90。更優選地，取樣管43的前端的端面為內錐面。

優選地，如圖7所示，取樣管43包括桶體45以及設置在桶體45內的推桿44。桶體45構造為大致的圓桶狀。桶體45的底部開設有軸向延伸的通孔。推桿44包括滑塊48以及從滑塊48延伸出的直桿47。滑塊48設置在桶體45內并且直桿47貫穿通孔。桶體45的底端設置有與桶體45同軸的內螺紋管79。直管段41的前端設置有與直管段41同軸的外螺紋管49。該外螺紋管49與內螺紋管79相匹配。優選地，外螺紋管49為錐形管。這樣在拆卸取樣管43，外螺紋管49和內螺紋管79之間的間隙不會產生巨大的抽吸作用。在對泥餅取樣時，直桿47可以插入到外螺紋管49內并延伸到直管段41內。這樣，當探測桿取出土體的樣品90后，將取樣管43從直管段41上取下來，然后將直桿47推入到桶體45內，滑塊48將樣品90頂出，樣品90不會碎裂。這樣更方便土體的樣品90的采集。更優選地，滑塊48為與取樣管43同軸的圓餅結構。直桿47垂直于滑塊48，并從滑塊48的中心伸出。更優選地，桶體45底部的通孔內設置有套裝在直桿47上的密封圈46，密封圈46用于密封桶體45底部的通孔的內壁與直桿47之間的間隙。

雖然已經參考優選實施例對本實用新型進行了描述，但在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本實用新型并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。