CN105332711A - 具有泥浆环流系统的泥水盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机，包括：开挖仓体、刀盘、气垫仓体、闸门、进浆组件、排浆组件、保压装置和碎石装置，闸门设在开挖仓体和气垫仓体之间，进浆组件包括第一进浆管和第二进浆管，第一进浆管的出浆口连通至开挖仓体，第二进浆管的出浆口连通至气垫仓体，排浆组件包括第一排浆管和第二排浆管，第一排浆管的进浆口连通至开挖仓体，第二排浆管的进浆口连通至气垫仓体，保压装置包括连通至气垫仓体的通气口，碎石装置设在第二排浆管的进浆口的上游侧。根据本发明的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，可以使泥水盾构机实现第一工作模式和第二工作模式的切换运行，提高了泥水盾构机的适应性和掘进能力。

Description

具有泥浆环流系统的泥水盾构机

技术领域

本发明涉及隧道工程施工设备领域，尤其是涉及一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机。

背景技术

泥浆环流系统是泥水平衡盾构机的核心系统，环流系统的主要作用是带走盾构机刀盘切削下来的渣土，并依靠环流系统控制开挖仓内泥浆的压力来平衡掌子面的水压和土压，维持掌子面稳定，从而保证盾构机正常掘进。泥浆环流系统性能的优劣，直接决定了泥水平衡盾构机的性能。泥水平衡盾构机泥浆环流系统的性能优劣主要体现在携渣能力和精确压力控制功能。

目前的泥水平衡盾构机泥浆环流系统有直接控制和间接控制两种控制方式，直接控制方式是泥水盾构机盾体内设计一个主动或被动气垫仓体，出浆口位于开挖仓体的底部，泥浆环流系统的压力直接用调节泥浆泵的流量来控制。这种方式适用于大颗粒含量少、掌子面较稳定的地层。然而对于大粒径石块含量较多的底层适用性较差。

间接控制式泥水平衡盾构机盾体内设计一个气垫仓体，一般在盾构机施工时，气垫仓体内有一半气体一半泥浆，气垫仓体的气体压力由一套PID控制系统来自动精确的控制，开挖仓体与气垫仓体通过盾体前隔板底部的泥浆口进行连通，同时泥浆口位置设计有一闸门，可利用其关闭来隔断开挖舱与气垫舱，其压力控制取决于气垫仓体上部气体的压力，从而可以通过精确控制气体压力来精确控制泥浆压力。间接控制式的泥水盾构适用于地层变化较多，稳定性较差的地层，同时在气垫仓体的底部设计有破碎机构，可以对大粒径的石块进行破碎。但由于气垫仓体的存在，在渣土流动性较差时，渣土容易堆积在气垫仓体内，造成堵仓。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机，所述具有泥浆环流系统的泥水盾构机具有地层适应性广、掘进功能强的特点。

根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，包括：开挖仓体，所述开挖仓体的上游侧敞开；刀盘，所述刀盘可转动地设在所述开挖仓体的所述上游侧；气垫仓体，所述气垫仓体设在所述开挖仓体的下游侧；闸门，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体和所述气垫仓体之间以用于控制所述开挖仓体和所述气垫仓体的连通和隔绝；进浆组件，所述进浆组件包括第一进浆管和第二进浆管，所述第一进浆管的出浆口连通至所述开挖仓体，所述第二进浆管的出浆口连通至所述气垫仓体；排浆组件，所述排浆组件包括第一排浆管和第二排浆管，所述第一排浆管的进浆口连通至所述开挖仓体，所述第二排浆管的进浆口连通至所述气垫仓体；保压装置，所述保压装置包括连通至所述气垫仓体的通气口，所述保压装置通过所述通气口向所述气垫仓体内注入气体和使所述气垫仓体排出气体；以及碎石装置，所述碎石装置设在所述第二排浆管的所述进浆口的上游侧，其中，所述泥浆环流系统构造成可实现第一工作模式和第二工作模式，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述闸门关闭以隔绝所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第一排浆管打开以从所述开挖仓体抽出浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述碎石装置和所述保压装置均开启，所述闸门打开以连通所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第二进浆管打开以向所述气垫仓体通入浆液，所述第二排浆管打开以从所述气垫仓体抽出浆液。

根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，可以使泥水盾构机实现第一工作模式和第二工作模式的切换运行，从而能够很好的适应细颗粒沙土、淤泥地层以及含大粒径卵石、硬岩地层，并能轻松解决因地层不稳造成的压力波动问题，和因大粒径固体物质过多而导致气垫仓体堵塞的问题，进而提高了泥水盾构机对压力波动的控制能力和顺利出渣的能力，减小了盾构施工时对地层的影响，提高了泥水盾构机的适应性和掘进能力。

根据本发明的一些实施例，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式，且当所述开挖仓体的压力波动值超出第一预设精度范围时，所述泥浆环流系统采用调节措施或切换措施使所述开挖仓体的压力波动值在第一预设精度范围内，其中，所述调节措施为调节所述第一进浆管和所述第一排浆管的流量，所述切换措施为所述泥浆环流系切换实现第二工作模式。

可选地，所述泥浆环流系统构造成优先采用调节措施，当所述调节措施失效时，所述泥浆环流系统再采用切换措施。

进一步地，所述第一预设精度范围为±0.2bar。

根据本发明的一些实施例，所述保压装置用于控制所述气垫仓体的压力波动值在第二预设精度范围内。

可选地，所述第二预设精度范围为±0.1bar。

根据本发明的一些实施例，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第一排浆管同时打开以从所述开挖仓体抽出浆液。

根据本发明的一些实施例，所述第一进浆管包括第一进浆支管和第二进浆支管，所述第一进浆支管的一端和所述第二进浆支管的一端连通，所述第一进浆支管的另一端和所述第二进浆支管的另一端均连通至所述开挖仓体，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述第一进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第二进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液。

进一步地，所述第一进浆支管为一个，所述第二进浆支管为多个，每个所述第二进浆支管的管径均小于所述第一进浆支管的管径。

更进一步地，多个所述第二进浆支管在所述刀盘的径向和/或周向上间隔开分布。

根据本发明的一些实施例，所述第二进浆管为多个。

根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述第二进浆管的所述出浆口与所述气垫仓的中下部连通，所述保压装置的所述通气口与所述气垫仓的中上部连通。

根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述泥浆环流系统进一步包括：连通管，所述连通管的一端连通至所述开挖仓体的顶部，所述连通管的另一端连通至所述气垫仓体的底部。

根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体的底部和所述气垫仓体的底部之间。

在本发明的一些实施例中，所述碎石装置设在所述气垫仓体内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的局部结构示意图，其中闸门处于打开状态，泥浆环流系统处于第二工作模式的状态；

图2是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的局部结构示意图，其中闸门处于关闭状态，泥浆环流系统处于第一工作模式的状态；

图3是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的构成示意图。

附图标记：

泥水盾构机100，

开挖仓体1，刀盘2，气垫仓体3，闸门4，

进浆组件5，第一进浆管51，第一进浆支管511，第二进浆支管512，

第二进浆管52，

排浆组件6，第一排浆管61，第二排浆管62，

保压装置7，碎石装置8，连通管9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图3详细描述根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100，包括：开挖仓体1、刀盘2、气垫仓体3、闸门4、进浆组件5、排浆组件6、保压装置7和碎石装置8。

具体而言，开挖仓体1的上游侧(如图1所示的开挖仓体1的左侧)敞开，刀盘2可转动地设在开挖仓体1的上游侧(如图1所示的开挖仓体1的左侧)，气垫仓体3设在开挖仓体1的下游侧(如图1所示的开挖仓体1的右侧)。需要说明的是，在泥水盾构机的轴线方向上，靠近刀盘2的一侧为上游侧，其相反的一侧，即远离刀盘2的一侧为下游侧。闸门4可开关地设在开挖仓体1和气垫仓体3之间以用于控制开挖仓体1和气垫仓体3的连通和隔绝，由此当泥水盾构机进行维修时，可以隔绝气垫仓体3和开挖仓体1以进入气垫仓体3进行维修。

进浆组件5包括第一进浆管51和第二进浆管52，第一进浆管51的出浆口连通至开挖仓体1，第二进浆管52的出浆口连通至气垫仓体3，由此第一进浆管51主要用于向开挖仓体1内注入浆液(例如可以是泥浆或清水)，从而使开挖仓体1的渣土形成泥浆，第二进浆管52主要用于冲洗气垫仓体3，防止渣土在气垫仓体3内堆积。排浆组件6包括第一排浆管61和第二排浆管62，第一排浆管61的进浆口连通至开挖仓体1，第二排浆管62的进浆口连通至气垫仓体3，由此开挖仓体1底部堆积的渣土可以以泥浆的形式从第一排浆管61排出，气垫仓体3底部的渣土可以以泥浆的形式从第二排浆管62排出。

保压装置7包括连通至气垫仓体3的通气口，保压装置7通过通气口向气垫仓体3内注入气体和使气垫仓体3排出气体，由此泥水盾构机可以通过保压装置7控制气垫仓体3气压的方式，间接控制开挖仓体1的压力。碎石装置8设在第二排浆管62的进浆口的上游侧(如图1所示的第二排浆管62的左侧)，由此碎石装置8可以对大粒径的石块进行破碎以通过第二排浆管62排出，防止大粒径的石块堆积在气垫仓体3的底部，造成堵塞。

其中，泥浆环流系统构造成可实现第一工作模式(直接控制模式)和第二工作模式(间接控制模式)，当泥浆环流系统实现第一工作模式时，闸门4关闭以隔绝开挖仓体1和气垫仓体3，第一进浆管51打开以向开挖仓体1通入浆液(例如泥浆或清水)，第一排浆管61打开以从开挖仓体1抽出浆液(例如清水或泥浆与渣土混合的泥浆)。开挖仓体1的压力直接用调节泥浆泵(包括进浆泵和排浆泵)的流量来控制，开挖仓体1内设置有压力传感器，泥浆环流系统根据压力传感器反馈的开挖仓体1的压力变化来调节泥浆泵的流量(泥浆流量)以控制开挖仓体1的压力。当压力高于设定值时，降低进浆泵流量(第一进浆管51的流量)或加大排浆泵的流量(第一排浆管61的流量)来降低开挖仓体1压力，当压力低于设定值时，加大进浆泵的流量或降低排浆泵的流量来加大开挖仓体1压力。

当泥浆环流系统实现第二工作模式时，碎石装置8和保压装置7均开启，闸门4打开以连通开挖仓体1和气垫仓体3，第一进浆管51打开以向开挖仓体1通入浆液，第二进浆管52打开以向气垫仓体3通入浆液，第二排浆管62打开以从气垫仓体3抽出浆液。在泥水盾构机采用第二工作模式施工时，气垫仓体3内有一半气体和一半泥浆，掘进时，依靠保压装置7控制气体的压力来控制气垫仓体3内泥浆的液位，从而间接控制开挖仓体1的压力，当开挖仓体1内的压力小范围波动时，保压装置7会通过自身的PID控制，自动调节气垫仓体3的压力，从而调节开挖仓体1的压力。当压力波动持续变化，超出保压装置7的调节范围时，必须结合调节泥浆泵的流量来控制整个系统的压力，即须接合第一工作模式来控制整个泥浆环流系统的压力。

根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100，通过调节控制进浆组件5、排浆组件6、保压装置7以及碎石装置8的打开或关闭，实现了泥水盾构机同时具有第一工作模式和第二工作模式的泥浆环流系统，从而能够很好的适应细颗粒沙土、淤泥地层以及含大粒径卵石、硬岩地层，并能轻松解决因地层不稳造成的压力波动问题，和因大粒径固体物质过多而导致气垫仓体3堵塞的问题，进而提高了泥水盾构机对压力波动的控制能力和顺利出渣的能力，减小了盾构施工时对地层的影响，提高了泥水盾构机的适应性和掘进能力。

在本发明的一些实施例中，当泥浆环流系统实现第一工作模式，且当开挖仓体1的压力波动值超出第一预设精度范围时，泥浆环流系统采用调节措施或切换措施使开挖仓体1的压力波动值在第一预设精度范围内，其中，调节措施为调节第一进浆管51和第一排浆管61的流量，切换措施为泥浆环流系切换实现第二工作模式。由于第二工作模式控制压力比较容易，且安全性高，而第一工作模式由于没有经过气垫仓体3出渣，工作效率相对较高，所以在泥水盾构机正常工作的情况下可以采用第一工作模式。

由于地层的不稳定，可能会出现开挖仓体1内压力波动的情况，当开挖仓体1的压力波动值超出第一预设精度范围，且压力低于开挖仓体1的正常工作的压力时，可以通过增加第一进浆管51的流量或减小第一排浆管61的流量来调节开挖仓体1的压力，当开挖仓体1的压力波动值超出第一预设精度范围，且压力高于开挖仓体1的正常工作的压力时，可以通过减少第一进浆管51的流量或增加第一排浆管61的流量来调节开挖仓体1的压力，从而保证泥水盾构机100工作的可靠性和开挖的质量。当然，由于第二工作模式控制压力比较容易，泥浆环流系统可以从第一工作模式切换为第二工作模式来调节开挖仓体1的压力，从而保证泥水盾构机100工作的可靠性和开挖的质量。

可选地，泥浆环流系统构造成优先采用调节措施，当调节措施失效时，泥浆环流系统再采用切换措施。由于第一工作模式由于没有经过气垫仓体出渣，工作效率较高，所以在第一工作模式采用调节措施能够调节时，优先采用调节措施可以提高工作效率，缩短工期，降低成本。

进一步地，第一预设精度范围为±0.2bar。当开挖仓体1的压力波动大于±0.2bar时，泥水盾构机100的可靠性降低，开挖质量降低，由此将开挖仓体1的压力波动值限制在±0.2bar以内可以保证泥水盾构机100的工作的可靠性以及开挖的质量。

在本发明的一些实施例中，所述保压装置7用于控制所述气垫仓体3的压力波动值在第二预设精度范围内。由此可以防止开挖仓体1内的压力波动较大而影响工作，从而保证泥水盾构机100的工作的可靠性以及开挖的质量。进一步地，所述第二预设精度范围为±0.1bar。由次可以进一步地保证泥水盾构机100的工作的可靠性以及开挖的质量。

在本发明的一些实施例中，当泥浆环流系统实现第二工作模式时，第一排浆管61同时打开以从开挖仓体1抽出浆液。由此第一排浆管61和第二排浆管62同时工作，同时从气垫仓体3和开挖仓体1的底部排出浆液，增了泥水盾构机的排浆效率。当气垫仓体3内渣土或大粒径的岩石流动性较差时，渣土容易堆积在气垫仓体3内，造成堵仓，打开第一排浆管61可以减少第二排浆管62的排浆量，有效地降低或避免气垫仓体3堵仓的情况，同时还可以避免由于气垫仓体3堵仓而导致排浆不畅的问题。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2，第一进浆管51包括第一进浆支管511和第二进浆支管512，第一进浆支管511的一端(如图1所示的右端)和第二进浆支管512的一端(如图1所示的右端)连通，第一进浆支管511的另一端(如图1所示的左端)和第二进浆支管512的另一端(如图1所示的左端)均连通至开挖仓体1，当泥浆环流系统实现第一工作模式时，第一进浆支管511打开以向开挖仓体1通入浆液，当泥浆环流系统实现第二工作模式时，第二进浆支管512打开以向开挖仓体1通入浆液。由此将第一工作模式的第一进浆支管511和第二工作模式的第二进浆支管512单独分开，便于泥浆环流系统对第一工作模式和第二工作模式的单独控制。

可选地，参照图1和图2，第一进浆支管511为一个，第二进浆支管512为多个，每个第二进浆支管512的管径均小于第一进浆支管511的管径。由此可以保证第一进浆支管511的总流量与第二进浆支管512的总流量相当，防止第一工作模式或第二工作模式时的第一进浆管51的流量不相同而难以控制，从而保证了具有泥浆环流系统的泥水盾构机100工作的可靠性。

进一步地，参照图1和图2，多个第二进浆支管512在刀盘2的径向和/或周向上间隔开分布。也就是说，多个第二进浆支管512可以在刀盘2的径向上间隔分布，还可以在刀盘2的周向方向上间隔分布，还可以同时在刀盘2的径向方向或周向方向间隔分布。由此可以扩大第二进浆支管512的分布范围，提高第二进浆支管512的泥浆携带渣土的能力，同时还可以起到冲洗刀盘2的作用。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2，第二进浆管52为多个，由此可以增加气垫仓体3内的冲洗面积，防止渣土堆积在气垫仓体3内，造成堵仓。例如，在图1的示例中，第二进浆管52为两个且间隔设置，由此可以增加第二进浆管52对气垫仓体3的冲洗面积，防止渣土在气垫仓体3内堆积，造成堵仓。

可选地，参照图1和图2，泥水盾构机卧式设置，第二进浆管52的出浆口与气垫仓的中下部连通，保压装置7的通气口与气垫仓的中上部连通。由于泥水盾构机卧式掘进过程中，气垫仓体3内上半仓为气体，下半仓为泥浆，从而保压装置7可以与气垫仓体3的上半仓连通，以直接向气垫仓体3内上半仓注入气体来控制气垫仓体3的气体压力，从而控制气垫仓体3的泥浆压力，同时第二进浆管52可以与气垫仓体3的下半仓连通，以直接向气垫仓体3的下半仓注入液浆，进而更加有效且快捷地控制开挖仓体1的压力。

这里，需要说明的是，“泥水盾构机卧式设置”应当理解为：泥水盾构机100的刀盘2的旋转轴线水平设置或者大体水平设置。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2，泥水盾构机卧式设置，泥浆环流系统进一步包括：连通管9，连通管9的一端连通至开挖仓体1的顶部，连通管9的另一端连通至气垫仓体3的底部。由于泥水盾构机在掘进的过程中，开挖仓充满泥浆，但是开挖仓的上半仓和下半仓之间会存在一定的压力差，将连通管9的上端连通至开挖仓体1的顶部，下端连通至气垫仓体3的底部，可以进一步使得开挖仓体1和气垫仓体3的压力保持平衡，从而便于控制开挖仓体1的压力。

在本发明的一些实施例中，参照图1，泥水盾构机卧式设置，闸门4可开关地设在开挖仓体1的底部和气垫仓体3的底部之间。由此在第二工作模式下，当闸门4打开时，可以使开挖仓体1的渣土或石块等在自身重力的作用下落下，并顺利地通过闸门4进入气垫仓体3内以通过第二排浆管62排出。可选地，碎石装置8设在气垫仓体3内，由此可以将通过闸门4进入气垫仓体3的大粒径的石块经过碎石装置8后变成小粒径的石块并通过第二排浆管62排出，防止大粒径的石块将第二排浆管62的进浆口堵塞影响泥浆环流系统工作。

下面参考图1-图3简要描述根据本发明一个具体实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机。泥浆环流系统具有两种工作模式：第一工作模式(直接控制模式)和第二工作模式(间接控制模式)。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100，包括：开挖仓体1、刀盘2、气垫仓体3、闸门4、进浆组件5、排浆组件6、保压装置7、碎石装置8以及连通管9。

具体地，开挖仓体1的左侧敞开并设有刀盘2用以掘进，开挖仓体1的右侧设有气垫仓体3，开挖仓体1与气垫仓体3通过底部的闸门4连通，还可以通过连通管9连通。

进浆组件5包括第一进浆管51和第二进浆管52，第一进浆管51的出浆口连通至开挖仓体1用于将泥浆送到开挖仓体1，并冲刷开挖仓体1的渣土，第一进浆管51包括第一进浆支管511和第二进浆支管512，第一进浆支管511为一根且口径较大，主要用于第一工作模式，第二进浆支管512为四根且口径较小，主要用于第二工作模式。

第二进浆管52为两根且其出浆口连通至气垫仓体3的中下部，主要用于冲洗气垫仓体3，防止渣土在气垫仓体3堆积。排浆组件6包括第一排浆管61和第二排浆管62，第一排浆管61的进浆口连通至开挖仓体1的底部，第二排浆管62的进浆口连通至气垫仓体3的底部，且在气垫仓体3的底部，第二排浆管62的进浆口处设置有碎石装置8，可以对大粒径的石块进行破碎。

保压装置7的通过通气口与气垫仓体3的中上部连通以向气垫仓体3内注入气体和使气垫仓体3排出气体来控制气垫仓体3的气体压力，从而控制气垫仓体3内的泥浆压力，进而间接控制开挖仓体1的泥浆压力。

根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100，可以使泥水盾构机既可以直接用泵控方式直接控制开挖仓的压力，也可以通过保压装置7，以控制气压的方式，间接控制开挖仓的压力，从而提高盾构机对地层的适应性和掘进功能。

第二工作模式(即间接控制模式)对压力控制比较容易，安全性较高，对操作手要求较低，在泥水盾构机始发时，建议采用第二工作模式，待盾构机掘进至压力波动趋于稳定，一般压力波动范围为±0.2bar以内，可以切换到第一工作模式，第一工作模式由于没有经过气垫仓体3出渣，相对来讲出渣效率较高，没有堵气垫仓体3的风险，在较稳定的软土地层较为适用。当遇到地层不稳定时，第一控制模式情况下，开挖仓体1压力波动无法控制在±0.2bar以内时，可以切换到第二工作模式下，用气垫仓体3来稳定压力，由于气体有可压缩性，气垫仓体3能作为缓冲气垫，稳定压力，气体压力也比泥浆压力便于控制，能方便的将气垫仓体3压力稳定在设定值±0.2bar以内。

参照图2，在使用第一控制模式时，依靠泵控方式来控制开挖仓体1的压力，主动或被动气垫仓体3作为辅助系统来缓解开挖仓体1的压力波动。闸门4关闭，开挖仓体1与气垫仓体3之间通过连通管9进行连通，第一进浆管51只开启大口径的第一进浆支管511，并只开启通到开挖仓体1的第一浆排管61。泥浆环流系统根据压力传感器反馈的压力，根据开挖仓体1压力变化来调节泥浆泵的流量(即泥浆流量)来控制开挖仓体1的压力：当压力高于设定值时，降低进浆泵流量或加大排浆泵的流量来降低开挖仓体1压力，使压力稳定在设定值的±0.2bar范围内；当压力低于设定值时，加大进浆泵流量或降低排浆泵流量来加大开挖仓体1压力，使压力稳定在设定值的±0.2bar范围内。

参照图1，在使用第二工作模式时，关闭大口径的第一进浆支管511，打开四根小口径的第二进浆支管512和两根小口径的第二进浆管52，保压装置7开启，开启通到气垫仓体3的第二排浆管62，开启闸门4，气垫仓体3内保持半仓泥浆半仓气体。掘进时，依靠控制气体压力来控制气垫仓体3的泥浆的液位，小范围压力波动时，保压装置7会通过自身PID控制，自动调节气垫仓体3压力，并保持压力在设定值范围±0.2bar内。当压力波动持续变化，超出保压装置7的调节范围时，必须结合调节泥浆泵的流量来控制整个系统的压力，调节方式与第一工作模式相同。

泥浆环流系统的原理如图3所示：图中P1.1为进浆泵，正常工作时，由P1.1泵供浆，P2.1泵为排浆泵，负责将带有渣土的泥浆输送出隧道。根据隧道的长度不同，进浆泵和排浆泵都可以根据需要在隧道内增加中继泵，中继泵数量根据现场实际工况而定。

P1.0泵为保压泵，在盾构机长时间停机时开启进行盾构机保压。由于开挖仓体1会存在一定的泄露，长时间停机时，开挖仓体1压力会缓慢下降，需要补充少量泥浆，保持压力，因P1.1泵流量太大，不利于小流量控制，从而设计了小排量的P1.0泵，P1.0的排量一般为P1.1泵的1/3—1/2。

P0.1泵为中心冲洗泵，主要用于刀盘2的冲洗，防止刀盘2接泥饼。

系统中的V34为拖车旁通回路控制阀，V37为缓冲阀，防止排浆泵P2.0泵空吸。

系统中的V31、V32为逆循环控制阀门，当遇到排浆不畅时，可以开启V31、V32，关闭V30、V33可以实现进浆口和排浆口调换，让泥浆从排浆口V10和V09进入开挖仓体1，将堆积在排浆口附近的渣土冲走，使排浆管路畅通，进入开挖仓体1地泥浆从高处的进浆口排出。

另外，在盾体内还设计了V07旁通回路，称为机内旁通，用于检查拖车上到盾体内的泥浆管路是否畅通。

施工时，保压装置7用于控制气垫仓体3内的气压，自动保压系统通过自身PID控制系统，能自动精确的控制气垫仓体3压力，控制精度可达到±0.1bar甚至更高精度，由于气垫仓体3与开挖仓体1是连通状态，两者压力一致。当通过保压装置7来设定好控制压力后，保压装置7会自动精确控制气垫仓体3压力，从而达到精确控制开挖仓体1压力的目的。

其次，在图3中，SV01-SV12为手动控制阀门，V01-V12、V17、V18、V30-V37为自动控制阀门，F01-F03为流量计，Y01-Y05为压力传感器，P0.1为中心冲洗泵，P1.0为保压泵，P1.1为进浆泵，P2.1为排浆泵。根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机100的构成图中的各控制阀门及其他零部件的结构及其工作原理和用途应为本领域技术人员所熟知，这里不再详述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，包括：

开挖仓体，所述开挖仓体的上游侧敞开；

刀盘，所述刀盘可转动地设在所述开挖仓体的所述上游侧；

气垫仓体，所述气垫仓体设在所述开挖仓体的下游侧；

闸门，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体和所述气垫仓体之间以用于控制所述开挖仓体和所述气垫仓体的连通和隔绝；

进浆组件，所述进浆组件包括第一进浆管和第二进浆管，所述第一进浆管的出浆口连通至所述开挖仓体，所述第二进浆管的出浆口连通至所述气垫仓体；

排浆组件，所述排浆组件包括第一排浆管和第二排浆管，所述第一排浆管的进浆口连通至所述开挖仓体，所述第二排浆管的进浆口连通至所述气垫仓体；

保压装置，所述保压装置包括连通至所述气垫仓体的通气口，所述保压装置通过所述通气口向所述气垫仓体内注入气体和使所述气垫仓体排出气体；以及

碎石装置，所述碎石装置设在所述第二排浆管的所述进浆口的上游侧，

其中，所述泥浆环流系统构造成可实现第一工作模式和第二工作模式，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述闸门关闭以隔绝所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第一排浆管打开以从所述开挖仓体抽出浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述碎石装置和所述保压装置均开启，所述闸门打开以连通所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第二进浆管打开以向所述气垫仓体通入浆液，所述第二排浆管打开以从所述气垫仓体抽出浆液。

2.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式，且当所述开挖仓体的压力波动值超出第一预设精度范围时，所述泥浆环流系统采用调节措施或切换措施使所述开挖仓体的压力波动值在第一预设精度范围内，其中，所述调节措施为调节所述第一进浆管和所述第一排浆管的流量，所述切换措施为所述泥浆环流系切换实现第二工作模式。

3.根据权利要求2所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述泥浆环流系统构造成优先采用调节措施，当所述调节措施失效时，所述泥浆环流系统再采用切换措施。

4.根据权利要求2或3所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述第一预设精度范围为±0.2bar。

5.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述保压装置用于控制所述气垫仓体的压力波动值在第二预设精度范围内。

6.根据权利要求5所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述第二预设精度范围为±0.1bar。

7.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第一排浆管同时打开以从所述开挖仓体抽出浆液。

8.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述第一进浆管包括第一进浆支管和第二进浆支管，所述第一进浆支管的一端和所述第二进浆支管的一端连通，所述第一进浆支管的另一端和所述第二进浆支管的另一端均连通至所述开挖仓体，

当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述第一进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第二进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液。

9.根据权利要求8所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述第一进浆支管为一个，所述第二进浆支管为多个，每个所述第二进浆支管的管径均小于所述第一进浆支管的管径。

10.根据权利要求9所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，多个所述第二进浆支管在所述刀盘的径向和/或周向上间隔开分布。

11.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述第二进浆管为多个。

12.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述泥水盾构机卧式设置，所述第二进浆管的所述出浆口与所述气垫仓的中下部连通，所述保压装置的所述通气口与所述气垫仓的中上部连通。

13.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述泥水盾构机卧式设置，所述泥浆环流系统进一步包括：连通管，所述连通管的一端连通至所述开挖仓体的顶部，所述连通管的另一端连通至所述气垫仓体的底部。

14.根据权利要求1所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述泥水盾构机卧式设置，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体的底部和所述气垫仓体的底部之间。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，其特征在于，所述碎石装置设在所述气垫仓体内。