一种掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置及掘进机的制作方法

1.本发明涉及掘进机领域，具体涉及掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置。


背景技术：

2.随着我国的经济迅猛发展，基础设施建设如火如荼，大批地铁与隧道工程项目推进，由于掘进机安全、快速、高效的特点，在地铁及隧道施工中采用掘进机尤为广泛，而盾构机为掘进机中常见的一种设备。
3.在盾构机掘进过程中，尾盾支护与隧道衬切结构(管片)之间会形成一定尺寸的间隙，该间隙连通着具有一定压力的隧道土层与盾体内的安全空间，故需要相应的密封装置进行隔断。现阶段，大部分的盾构机都采用刷盾尾密封油脂实现尾盾密封的目的。由于复杂的地下环境，盾构机在掘进过程中盾构姿态和盾尾间隙在不断地变化，尾盾密封处将不可避免的产生漏水、漏泥、漏浆等危险，严重时会造成地表沉降、塌方等重大事故。
4.现有技术中通常采用在密封环腔内设置压力传感器，通过检测密封环腔内的压力是否降低判断是否泄漏，但是当地下水水压较高并与密封环腔内的润滑脂的压力相近时，即便是密封环腔内进水，压力传感器仍无法检测出密封环腔存在密封泄漏。
5.申请公布号为cn111485894a的中国文献公布了一种盾构机盾尾刷密封状态监控方法，在相邻两个盾尾刷之间的密封环腔内安装有多个水分传感器，并设有可编程控制系统的通信模块持续接收水分传感器输出的数字信号，可编程控制系统分析数字信号，计算出密封环腔内的水分含量并与系统内预先设定的水分含量值比对，若水分含量高于预先设定值，即盾尾刷某处密封效果不佳，对应位置地下水渗入到盾尾刷之间的密封环腔内，可编程系统将水分含量值传输至盾构机人机界面，并在该界面对应位置显示实际渗水位置，同时发出报警。
6.由于水分传感器一般测量的是单点位置处的水分含量值，盾构机盾尾刷密封状态监控方法中只能测量安装有水分传感器的位置处的水分含量值，并不能测量盾尾刷之间的密封环腔内每处位置的水分含量值，通常在泄漏一定量后水分传感器才能检测到异常的水分含量，进而发现密封环腔内存在泄漏问题，导致检测盾尾刷密封泄漏的响应较慢。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置，以解决现有技术中水分传感器只能测量单点位置处的水分含量值，导致检测盾尾刷密封泄漏的相应较慢的技术问题。本发明的目的还在于提供一种掘进机。
8.为实现上述目的，本发明掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置的技术方案是：
9.掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置，包括信号处理模块，信号处理模块连接有微波检测模块，微波检测模块设置有至少五个，用于安装在相邻两个盾尾刷之间的密封环腔内，微波检测模块包括壳体，壳体上安装有发射模块和接收模块，发射模块用于发射微波，接收模块用于接收发射模块发射的微波，密封环腔内沿密封环腔周向上任意相邻布置的两
个微波检测模块中的其中一个微波检测模块的接收模块用于接收另一个微波检测模块的发射模块发射的微波，以在密封环腔内形成用于检测含水率的闭环检测路径，信号处理模块用于接收微波检测模块传输的含水率信号。
10.有益效果是：本发明的掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置中，相邻两个盾尾刷之间的密封环腔内沿密封环腔圆周方向布置的任意相邻两个微波检测模块中的一个微波检测模块的接收模块接收另一个微波检测模块的发射模块发射的微波，以在密封环腔内形成检测含水率的闭环检测路径，进而实现密封环腔圆周方向上含水率的连续检测，信号处理模块根据接收到的微波检测模块传输的含水率信号能够及时发现盾尾密封的泄漏区段，这样，掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置对盾尾密封泄漏的响应较快。
11.进一步地改进，壳体的内腔内安装有微波检测处理器，微波检测处理器与接收模块连接，微波检测处理器仅在检测到的含水率高于预设值时将含水率信号传输给信号处理模块。
12.有益效果是：这样设计，微波检测处理器将含水率信号进行初步的读取对比后，信号处理模块直接读取高于预设值的含水率信号，提供信号处理模块的工作效率。
13.进一步地改进，壳体内设有处理器安装槽、接收端安装槽和发射端安装槽，微波检测处理器设置在处理器安装槽内，接收模块设置在接收端安装槽内，发射模块设置在发射端安装槽内，处理器安装槽、接收端安装槽和发射端安装槽呈一字型布置。
14.有益效果是：这样设计，微波检测处理器、发射模块和接收模块分别放置在相应的安装槽内，为微波检测处理器、发射模块和接收模块提供支撑，使得三者安装的更牢固。
15.进一步地改进，壳体的内腔内安装有微波检测处理器，微波检测处理器与接收模块连接，掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置还包括信号总线，各微波检测模块的微波检测处理器均连接在信号总线上，并通过信号总线与信号处理模块连接，各微波检测模块通过信号总线交错向信号处理模块发送信号。
16.有益效果是：各微波检测模块之间通过信号总线传输信号，并通过信号总线将信号传输给信号处理模块，提高信号传输的稳定性，也简化了整体线路。
17.进一步地改进，壳体上具有用于与尾盾的内壁固定连接的螺纹孔。
18.有益效果是：这样设计，壳体与尾盾内壁通过螺纹连接，便于后期维修拆卸。
19.为实现上述目的，本发明掘进机的技术方案是：
20.掘进机，包括机体、尾盾、管片和泄漏检测装置，尾盾与管片之间前后间隔设置有多个盾尾刷，前后相邻两盾尾刷之间形成密封环腔，泄漏检测装置包括信号处理模块，信号处理模块连接有安装在密封环腔内的微波检测模块，微波检测模块设置有至少五个，微波检测模块包括壳体，壳体上安装有发射模块和接收模块，发射模块用于发射微波，接收模块用于接收发射模块发射的微波，密封环腔内沿密封环腔周向上任意相邻布置的两个微波检测模块中的其中一个微波检测模块的接收模块用于接收另一个微波检测模块的发射模块发射的微波，以在密封环腔内形成用于检测含水率闭环检测路径，信号处理模块用于接收微波检测模块传输的含水率信号。
21.有益效果是：本发明的掘进机中，相邻两个盾尾刷之间的密封环腔内沿密封环腔圆周方向布置的任意相邻两个微波检测模块中的一个微波检测模块的接收模块接收另一个微波检测模块的发射模块发射的微波，以在密封环腔内形成检测含水率的闭环检测路
径，进而实现密封环腔圆周方向上含水率的连续检测，信号处理模块根据接收到的微波检测模块传输的含水率信号能够及时发现盾尾密封的泄漏区段，这样，泄漏检测装置对盾尾密封泄漏的响应较快。
22.进一步地改进，壳体的内腔内安装有微波检测处理器，微波检测处理器与接收模块连接，微波检测处理器仅在检测到的含水率高于预设值时将含水率信号传输给信号处理模块。
23.有益效果是：这样设计，微波检测处理器将含水率信号进行初步的读取对比后，信号处理模块直接读取高于预设值的含水率信号，提供信号处理模块的工作效率。
24.进一步地改进，壳体内设有处理器安装槽、接收端安装槽和发射端安装槽，微波检测处理器设置在处理器安装槽内，接收模块设置在接收端安装槽内，发射模块设置在发射端安装槽内，处理器安装槽、接收端安装槽和发射端安装槽呈一字型布置。
25.有益效果是：这样设计，微波检测处理器、发射模块和接收模块分别放置在相应的安装槽内，为微波检测处理器、发射模块和接收模块提供支撑，使得三者安装的更牢固。
26.进一步地改进，壳体的内腔内安装有微波检测处理器，微波检测处理器与接收模块连接，泄漏检测装置还包括信号总线，各微波检测模块的微波检测处理器均连接在信号总线上，并通过信号总线与信号处理模块连接，各微波检测模块通过信号总线交错向信号处理模块发送信号。
27.有益效果是：各微波检测模块之间通过信号总线传输信号，并通过信号总线将信号传输给信号处理模块，提高信号传输的稳定性，也简化了整体线路。
28.进一步地改进，壳体上具有用于与尾盾的内壁固定连接的螺纹孔。
29.有益效果是：这样设计，壳体与尾盾内壁通过螺纹连接，便于后期维修拆卸。
附图说明
30.图1为本发明掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置中微波检测模块的安装示意图；
31.图2为本发明掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置的信号传输示意图；
32.图3为图2中微波检测模块的内部结构示意图；
33.图4为图1中相邻的微波检测装置的连接示意图；
34.图中：11、尾盾；12、管片；13、密封环腔；14、微波检测模块；15、信号总线；16、盾尾刷；17、通讯转接模块；18、上位机；19、壳体；20、发射模块；21、接收模块；22、微波检测处理器。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
38.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.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，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
41.本发明的掘进机的实施例1：
42.本实施例中，采用掘进机中常用的一种盾构机为例介绍。如图1所示，该盾构机包括机体(图中未画出)、尾盾11和管片12，尾盾11的内壁上焊接固定有多个盾尾刷16，任意前后相邻的两个盾尾刷16之间形成密封环腔13。为及时发现密封环腔13内的泄漏位置，盾构机还设有掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置，用于检测密封环腔13内的含水率，并根据含水率判断盾尾密封泄漏位置。
43.本实施例中，如图1和图2所示，泄漏检测模块包括微波检测模块14、微波检测处理器22和信号处理模块，微波检测处理器22能够向微波检测模块14发送工作命令，尾盾11内壁上开设有埋装输出线的线槽，微波检测模块14检测的信号通过信号总线15传输给信号处理模块。
44.本实施例中，如图1和图2所示，密封环腔13内安装有八个微波检测模块14，八个微波检测模块14通过信号总线15沿密封环腔13圆周方向依次连接并固定在密封环腔13内的尾盾11内壁上，其中，任意相邻两个微波检测模块14的距离不得大于其发射微波信号的最大范围。在其他实施例中，微波检测模块设置的数量可根据密封环腔的尺寸设置，比如可以是五个、十个等，任意相邻两个微波检测模块之间的距离不得大于其微波信号的最大范围。
45.本实施例中，如图3所示，微波检测模块14包括壳体19，壳体19具有螺纹孔，壳体19与尾盾11内壁螺纹连接。这样，尾盾11的内壁为壳体19提供一个安装基准面，有利于保证所有微波检测模块14处于同一圆周平面。在其他实施例中，壳体19可以焊接固定在尾盾11内壁上。
46.本实施例中，如图3所示，壳体19内设有处理器安装槽、接收端安装槽和发射端安装槽，三者呈一字型布置，微波检测处理器22安装在处理器安装槽内，发射端安装槽内安装有用于发射微波的发射模块20，发射模块20发射的微波能够穿透相邻两个微波检测模块14
之间的油脂，接收端安装槽内安装有用于接收发射模块20发射的微波的接收模块21。任意相邻两个微波检测模块14中的一个微波检测模块14的接收模块21能够接收另一个微波检测模块14的发射模块20发射的微波，以在密封环腔13内形成用于检测含水率的闭环检测路径。
47.本实施例中，如图1至图4所示，接收模块21和发射模块20均通过信号总线15与微波检测处理器22连接。每个微波检测模块14的微波检测处理器22均连接在信号总线15上，并通过信号总线15将信号发送至信号处理模块，各微波检测处理器22均有编号，其中一个微波检测处理器22发送信号时，其余微波检测处理器22均不能向信号处理模块发送信号，以实现各微波检测处理器22交错向信号处理模块发送信号。接收模块21将接收的微波信号转化为数字信号传输给微波检测处理器22，微波检测处理器22对数字信号进行数据分析以检测相邻微波检测模块14之间的油脂的含水率，并与微波检测处理器22内的预设值进行对比。若该区域的含水率高于预设值，则将该段含水率信息通过信号总线15传输给信号处理模块。若该段密封环腔13内的含水率低于预设值，则微波检测处理器22将该数据清除，进行下一次读取对比，依次类推，检测任意相邻两个微波检测模块14之间区段的含水率，以实现密封环腔13圆周方向上含水率的连续检测。
48.本实施例中，如图1至图3所示，信号处理模块包括通讯转接模块17和上位机18，通讯转接模块17用于将微波检测处理器22传输的异常的含水率信息转化成盾构机控制系统的通用信号，并上传至上位机18进行实时监控预警，显示含水率异常的区段，然后将信息进行存储。
49.当盾构机工作时，泄漏检测装置的微波检测处理器22发送工作命令，任意相邻两个微波检测模块14中的一个微波检测模块14的发射模块20发射微波，微波穿过相邻两个微波检测模块14之间的油腔，由另一个微波检测模块14的接收模块21接收该微波，接收模块21将接收到的微波信号转化为数字信号传输给微波检测处理器22，微波检测处理器22对接收到的数字信号进行数据分析，得到相应区段内的含水率，并与预设值进行对比。若某段区段内的含水率高于预设值，微波检测处理器22将该段异常信号传输给通讯转接模块17，通讯转接模块17将异常信号转化为通用信号，并上传至上位机18进行实时监控预警该段异常区段，然后将异常信号进行存储。若某区段密封环腔13内的含水率低于预设值，则微波检测处理器22将该数据清除，接着进行下一次读取对比。依次类推，掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置完成密封环腔13圆周方向上每一区段含水率的数据采集、对比、显示和存储。
50.本发明的掘进机中，相邻两个盾尾刷16之间的密封环腔内任意相邻两个微波检测模块14中一个微波检测模块14的接收模块21接收另一个微波检测模块14的发射模块20发射的微波，以在密封环腔13内形成闭环检测路径，进而能够检测任意相邻两个微波检测模块14之间区段的含水率，以实现密封环腔13内含水率的连续检测，信号处理模块根据接收到的微波检测模块14传输的含水率信号能够及时发现盾尾密封的泄漏区段，使得泄漏检测装置对盾尾密封泄漏的响应较快。
51.本发明的掘进机的实施例2：
52.本实施例和实施例1的区别在于：本实施例中，微波检测模块未设置微波检测处理器，所有接收模块直接将检测得到的相应区段的含水率传输给信号处理模块，信号处理模块根据接收到的含水率信号判断是否存在泄漏区段。
53.本发明的掘进机的实施例3：
54.本实施例和实施例1的区别在于：本实施例中，所有相邻微波检测模块是相互独立的，不通过线缆进行连接，相邻微波检测模块之间通过无线通讯进行传输信号。
55.本发明的掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置的实施例：该掘进机盾尾密封环腔泄漏检测装置的结构与上述掘进机的实施例1至3中任一项泄漏检测装置的结构相同，在此不再具体说明。
56.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。