CN101705827B - 泥水气平衡盾构压力控制方法及装置 - Google Patents

泥水气平衡盾构压力控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种通过泥水、气调节实现盾构开挖面平衡的方法，包括以下步骤：在泥水仓中设置半隔板将泥水仓分隔成前泥水仓与后泥水仓两部分，前泥水仓与后泥水仓的下部相互连通；在前泥水仓中充满泥水，在后泥水仓的上部注入压缩空气；通过液位传感器监测后泥水仓中的泥水高度，当泥水高度发生波动时，通过调节进泥泵或排泥泵的转速将泥水高度调节至预设高度；在泥水高度发生波动的同时通过空气压力传感器监测后泥水仓中的压缩空气的压力，通过调节进气阀与排气阀使所述压缩空气的压力保持预设值。由此实现了整个盾构掘进的过程中的开挖面稳定。

Description

泥水气平衡盾构压力控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种实现盾构开挖面平衡的方法，尤指一种通过泥水、气压力调节实现盾构开挖面平衡的方法。
背景技术
目前，在泥水平衡盾构中使用的泥水系统的控制方式一般都是采用直接控制型。所谓直接控制型泥水系统是通过进泥泵从地面泥水调整槽将压力泥水输入盾构泥水仓，在泥水仓与开挖泥砂混合后形成厚泥浆由排泥泵输送到地面泥水处理场。排出泥水通常要经过振动筛、旋流器和压滤机或离心机等三级分离处理，将弃土排除，清泥水回到调整槽后重复循环使用。
在盾构机掘进的过程中，泥水仓中的压力应当与设定的开挖面需要的支护泥浆压力相等以谋求开挖面的稳定。当泥浆的流失或盾构推进速度变化时，泥水仓的进出泥浆量将会失去平衡，泥浆液面就会出现上下波动，此时就需要对泥水仓中的泥水压力进行调节以维持开挖面的稳定。
在现有技术中通常有两种方法对泥水仓中的泥水压力进行控制：如果进泥泵为变速泵，即可通过控制泵的转速来实现压力控制；若进泥泵为恒速泵，则通过调节节流阀的开口比值来实现压力控制。但是不论采用上述哪种方法，从调节控制泵(或阀门)至泥水压力达到设定值这一过程，都需要一定的时间，而在该调节的过程中，泥水仓中的泥水压力与开挖面的土压力是不平衡的，地表的沉陷也较难控制。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题为提供一种实现盾构开挖面平衡的方法，以实现在整个盾构掘进的过程中开挖面都能保持稳定，避免地表沉陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种泥水气平衡盾构压力控制方法，包括以下步骤：在所述泥水仓中竖直设置一道半隔板将所述泥水仓分隔成前泥水仓与后泥水仓两部分，且所述前泥水仓与所述后泥水仓的下部相互连通；在所述前泥水仓中充满泥水，在所述后泥水仓的上部注入压缩空气；通过液位传感器实时监测所述后泥水仓中的泥水高度，当所述泥水高度发生波动时，通过调节进泥泵或排泥泵的转速将所述泥水高度调节至预设高度；并且，在所述泥水高度发生波动的同时通过空气压力传感器实时监测所述后泥水仓中的压缩空气的压力，在所述压缩空气的压力发生波动时，通过调节进气阀与排气阀使所述压缩空气的压力保持预设值；所述空气压力传感器将测得的数据传送至一空气控制调节器，并通过所述空气控制调节器控制所述进气阀与排气阀的开启与闭合。
通过上述方法，当泥水液位发生变化时，该压缩空气的压力也会随之发生变化，此时通过进(排)气阀可立刻完成对压缩空气的压力调节，使整个泥水仓中的泥水压力始终与开挖面的需要的支护泥浆的压力保持平衡；并在同时通过进(排)泥泵将所述泥水高度调节至预设高度；由此实现了整个盾构掘进的过程中开挖面都能保持稳定。
本发明的进一步改进在于，通过中央控制系统对所述进泥泵、排泥泵、进气阀与排气阀的开启与闭合进行控制。由此实现了对整个泥水压力仓的泥水压力的远程自动控制。
本发明还提供了一种泥水气平衡盾构压力控制装置，包括一盾构泥水仓，所述盾构泥水仓中竖直设置一道半隔板将所述泥水仓分隔成前泥水仓与后泥水仓两部分，且所述前泥水仓与所述后泥水仓的下部相互连通；于所述后泥水仓的中轴线以上部分连接有进气管道与排气管道，且所述进气管道与排气管道上分别设置有进气阀与排气阀；所述后泥水仓中还设有液位传感器；于后泥水仓的的中轴线以下部分连接有进泥管路与排泥管路，且所述进泥管路与排泥管路上分别设置有进泥泵与排泥泵；所述后泥水仓上位于所述进泥管路与排泥管路上方位置处连接有进气管道与排气管道，且所述进气管道与排气管道上分别设置有进气阀与排气阀，所述后泥水仓中还设有液位传感器与空气压力传感器；所述进气阀与排气阀为气动阀，一空气控制调节器通过输气管路与所述进气阀与排气阀连接，所述空气控制调节器还通过信号线与所述空气压力传感器以及一中央控制系统保持连接。
附图说明
图1为本发明的泥水、气压力调节系统管路连接图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1所示，显示了本发明的泥水气压力调节系统管路连接图。其中，盾构泥水仓10内竖直设置一道半隔板11，该半隔板11将盾构泥水仓10分隔为紧靠刀盘一侧的前泥水仓12与相对远离刀盘的后泥水仓13两部分；前泥水仓12与后泥水仓13的上部被半隔板11隔开，而两者的下部相互连通；在前泥水仓12中完全充满泥水，而在后泥水仓13的上部注入压缩空气，其下部仍然充满泥水，由此在后泥水仓13中形成了空气仓131与泥水层132，作为本发明的较佳实施例，将后泥水仓13中的气液接触面控制在泥水仓10的中轴线处，当然也可以根据实际工作环境的需求调整该气液接触面的位置。
在空气仓131中设置有空气压力传感器1311，用于监测空气仓131中的空气压力；空气仓131上(即后泥水仓13的中轴线以上部分)还连接有进气管道1312与排气管道1313，且进气管道1312与排气管道1313上分别设置有进气阀1314与排气阀1315；作为本发明的较佳实施例，进气阀1314与排气阀1315选用气动阀，空气压力传感器1311通过信号线与空气控制调节器14相连，进气阀1314与排气阀1315通过输气管路与空气控制调节器14相连，而空气控制调节器14还进一步通过信号线连接于中央控制系统15，由此实现了对空气仓131中空气压力的远程监测与控制；
在泥水层132中设置有液位传感器1321与泥水压力传感器1322，分别用于监测后泥水仓13中的泥水高度与泥水压力；泥水层132上(即后泥水仓13的中轴线以下部分)还连接有进泥管路1323与排泥管路1324，且进泥管路1323与排泥管路1324上分别设置有进泥泵1325与排泥泵1326，以及流量计1327与密度计1328；其中，液位传感器1321、泥水压力传感器1322、进泥泵1325、排泥泵1326、以及流量计1327与密度计1328分别通过信号线与中央控制系统15相连，由此实现了对泥水层132中泥水液位、泥水压力以及进、排泥管路中的进、排泥流量与进、排泥密度的远程监测与控制。
本发明的盾构泥水仓压力控制方法有3种：全自动控制、半自动控制、手动控制。
在全自动控制状态下，系统会自动控制整个泥水输送系统的运转，对气压、泥水液位等参数进行自动调节。当盾构处于推进速度不变的情况下，泥水仓10中压力等于设定值，此时后泥水仓13中的气液接触面被设定处于泥水仓10的中轴线处；做推进过程中，当泥水仓10中的泥水压力发生波动时，即可通过本发明的方法来进行调节。当泥水仓10中的泥水压力大于设定值时，后泥水仓13中泥水液位上升，空气仓131的气压也随之增大，此时通过空气压力传感器1311将测得的实时压力数据传送到空气控制调节器14，与设定值进行比较，根据比较的结果，空气控制调节器14控制排气阀1315的开启从而实现对空气仓131中气压的调节；作为本发明的较佳实施例，进气阀1314与排气阀1315采用气动阀，当监测到的气压大于设定值时，通过空气控制调节器14输出一个0.2～0.55bar之间控制压力到选定的排气管道1313上的排气阀1315，逐渐打开排气阀排气(在0.55bar时部分开启，在0.2bar时全打开)，随着空气压力传感器1311测得数值逐渐降低，由空气控制调节器14控制的排气阀1315的开度逐渐减少，当空气压力传感器1311测得数值等于设定值时，关闭排气阀1315；并且在后泥水仓13中泥水液面上升的同时，根据液位传感器1321测得的泥水液位上升的信息，逐渐增大排泥泵1326的排泥量(在排泥泵的控制范围内)，逐渐降低泥水液面至预设高度(泥水仓10的中轴线)，并在调节所述泥水液面的同时，通过空气控制调节器14打开进气阀，将气压维持于设定值，随着液位传感器1321测得的泥水液位逐渐降低的信息，逐渐降低排泥泵1326排泥量，同时逐渐减小进气阀1314的开度，当液位传感器1321测得的泥水液回到预设高度时，排泥泵1326的排泥量恢复原先的流量的设定值，同时关闭进气阀1314。若是液位传感器1321测得液位处于上极限值时，立即停止推进，泥水输送系统自动转入旁路模式。
同样的，当泥水仓10中的泥水压力低于设定值时，泥水液位下降，气压降低，此时通过空气控制调节器14逐渐打开进气阀1314向空气仓131充气，随着空气压力传感器1311测得数值逐渐上升，由空气控制调节器14控制的进气阀1314的开度逐渐减少，当空气压力传感器1311测得数值等于设定值时，关闭进气阀1314；并且在泥水液面下降的同时，逐渐增大进泥泵1325的进泥量，逐渐增加泥水液面至预设高度(泥水仓10的中轴线)，并在调节所述泥水液面的同时，通过空气控制调节器14打开排气阀1314，将气压维持于设定值。若是液位传感器1321测得液位处于下极限值时，立即停止推进，泥水输送系统自动转入旁路模式。
在半自动控制状态下，当盾构正面土压力变化而使后泥水仓13中的泥水液面上下波动时，为维持压力设定值而调节气压的进、排气的控制与全自动状态一样具有自动控制功能，而泥水液位的控制则通过人工调节排泥泵、进泥泵或者人工调节盾构推进速度来实现。
在手动控制状态下，上述的气压调节与泥水液位调节全部改由手动完成。
本发明通过在现有的泥水仓中增设空气仓，在泥水液面发生波动以及进行泥水压力调节的过程中，通过该空气仓的压力缓冲，有效地控制了泥水液面的波动与泥水压力的变化，对开挖面土层支护更加稳定，对地表沉陷的控制更为方便。

Claims (3)

1.一种泥水气平衡盾构压力控制方法，其特征在于包括以下步骤：
在泥水仓中竖直设置一道半隔板将所述泥水仓分隔成前泥水仓与后泥水仓两部分，且所述前泥水仓与所述后泥水仓的下部相互连通；在所述前泥水仓中充满泥水，在所述后泥水仓的上部注入压缩空气；
通过液位传感器实时监测所述后泥水仓中的泥水高度，当所述泥水高度发生波动时，通过调节进泥泵或排泥泵的转速将所述泥水高度调节至预设高度；
并且，在所述泥水高度发生波动的同时通过空气压力传感器实时监测所述后泥水仓中的压缩空气的压力，在所述压缩空气的压力发生波动时，通过调节进气阀与排气阀使所述压缩空气的压力保持设定值；
所述空气压力传感器将测得的数据传送至一空气控制调节器，并通过所述空气控制调节器控制所述进气阀与排气阀的开启与闭合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述泥水仓的进泥管路与排泥管路上设置流量计与密度计，用于监测进、排泥管路中的进、排泥流量与进、排泥密度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述空气控制调节器、液位传感器、流量计与密度计将测得的数据传送至一中央控制系统，并通过所述中央控制系统控制所述空气控制调节器、进泥泵与排泥泵的运行。
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