CN105350974B - 土压平衡盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构机，包括：刀盘、开挖舱、第一输送机、第二输送机、一级筛分机构和搅拌罐，刀盘上形成有开口；开挖舱设在刀盘的后方，且开挖舱内部与开口连通；第一输送机与开挖舱相连；第二输送机设在第一输送机的下游；一级筛分机构设在第一输送机和第二输送机之间，一级筛分机构被构造成用于将从第一输送机上输送来的渣土进行筛分以得到第一渣土和第二渣土、并将第一渣土输送至第二输送机，第一渣土的粒径大于第二渣土的粒径；搅拌罐设在一级筛分机构的下方，搅拌罐内具有泥浆，搅拌罐被构造成用于将第二渣土和泥浆搅拌后输送至开挖舱。根据本发明的土压平衡盾构机，可以有效地控制地层沉降。

Description

土压平衡盾构机

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，尤其是涉及一种土压平衡盾构机。

背景技术

相关技术中，土压平衡盾构机在正常掘进时，由保压系统向开挖舱内注入压缩空气，通过控制开挖舱内压缩空气的压力及土压力，来平衡开挖面压力，实现开挖面稳定，控制地层沉降。然而，在富水砂卵石层中，由于颗粒级配不好，颗粒与颗粒之间存在间隙，土压平衡盾构机为保持开挖面压力平衡而注入的压缩空气会透过这种颗粒之间的间隙渗透到地层中，很难建立开挖面的压力平衡，从而造成地层沉降失控，甚至引起地面塌陷。

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，本发明的一个目的在于提出一种土压平衡盾构机，所述土压平衡盾构机能有效地控制地层沉降。

根据本发明的土压平衡盾构机，包括：刀盘，所述刀盘上形成有开口；开挖舱，所述开挖舱设在所述刀盘的后方，且所述开挖舱内部与所述开口连通；第一输送机，所述第一输送机与所述开挖舱相连；第二输送机，所述第二输送机设在所述第一输送机的下游；一级筛分机构，所述一级筛分机构设在所述第一输送机和所述第二输送机之间，所述一级筛分机构被构造成用于将从所述第一输送机上输送来的渣土进行筛分以得到第一渣土和第二渣土、并将所述第一渣土输送至所述第二输送机，所述第一渣土的粒径大于所述第二渣土的粒径；以及搅拌罐，所述搅拌罐设在所述一级筛分机构的下方，所述搅拌罐内具有泥浆，所述搅拌罐被构造成用于将所述第二渣土和所述泥浆搅拌后输送至所述开挖舱。

根据本发明的土压平衡盾构机，通过设置一级筛分机构和搅拌罐，将一级筛分机构筛分出的第二渣土与搅拌罐中的泥浆搅拌混合后重新输送至开挖舱。由此，可对地层中颗粒之间的间隙进行填充，改善地层的颗粒级配情况，平衡开挖面的压力，从而有效地控制了掘进过程中的地层沉降，并增强了开挖面的自稳性。

另外，根据本发明的土压平衡盾构机还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述土压平衡盾构机进一步包括：二级筛分机构，所述二级筛分机构设在所述一级筛分机构和所述搅拌罐之间，所述二级筛分机构被构造成用于对所述第二渣土进行筛分以得到水和子渣土、并将所述子渣土输送至所述搅拌罐且将所述水输送至所述开挖舱或直接排出。

进一步地，所述土压平衡盾构机还包括：储存罐，所述储存罐设在所述一级筛分机构和所述二级筛分机构之间，所述储存罐被构造成用于接收所述一级筛分机构筛分出的所述第二渣土并将所述第二渣土输送至所述二级筛分机构。

根据本发明的一个实施例，所述二级筛分机构与所述储存罐相连以将筛分出的所述水送回所述储存罐，所述土压平衡盾构机进一步包括：排水系统，所述排水系统连接在所述储存罐与所述开挖舱之间。

更进一步地，所述土压平衡盾构机还包括排污系统，所述排污系统与所述储存罐相连。

具体地，所述一级筛分机构包括过滤筛，所述过滤筛上形成有多个筛分孔，每个所述筛分孔处设有可运动的盖板以打开和关闭所述筛分孔。

可选地，所述过滤筛倾斜设置。

可选地，所述第一输送机为螺旋输送机。

可选地，所述第二输送机为皮带输送机。

具体地，所述泥浆由膨润土和水混合形成。

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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的土压平衡盾构机的结构示意图。

附图标记：

100：土压平衡盾构机；

1：盾体；

2：刀盘；

3：开挖舱；

4：第一输送机；41：出口；

5：一级筛分机构；51：筛分孔；

6：第二输送机；61：第一段；62：第二段；

7：储存罐；

8：二级筛分机构；

9：搅拌罐；91：泥浆；

10：排水系统；

11：排污系统；

12：泵。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1描述根据本发明实施例的土压平衡盾构机100。

如图1所示，土压平衡盾构机100包括：盾体1、刀盘2、开挖舱3、第一输送机4、第二输送机6、一级筛分机构5和搅拌罐9。

其中，刀盘2上形成有开口，刀盘2设在盾体1的前端，开挖舱3设在刀盘2的后方，且开挖舱3内部与刀盘2上的开口连通。施工过程中，盾体1、开挖面和开挖舱3形成封闭的空间。刀盘2转动对地层进行开挖时，开挖得到的渣土通过刀盘2上的开口进入开挖舱3内。

第一输送机4与开挖舱3相连，第二输送机6设在第一输送机4的下游，一级筛分机构5设在第一输送机4和第二输送机6之间。一级筛分机构5被构造成用于将从第一输送机4上输送来的渣土进行筛分以得到第一渣土和第二渣土、并将第一渣土输送至第二输送机6。其中第一渣土的粒径大于第二渣土的粒径。需要说明的是，本发明中所说的“下游”为渣土输送方向的下游。

如图1所示，第一输送机4在从前到后的方向上向上倾斜设置，第一输送机4的后部具有开口朝下的出口41。由此，从开挖舱3内输送出的渣土可以在自身重力的作用下落至一级筛分机构5，且第一输送机4的前部可以伸入开挖舱3的底部，从而可以更好地将开挖舱内的渣土送出。可选地，第一输送机4为螺旋输送机，但不限于此。

一级筛分机构5设在第一输送机4的出口41处，由此，可通过第一输送机4将开挖舱3内的渣土向上输送至一级筛分机构5上。可选地，一级筛分机构5在从前到后的方向上向上倾斜设置，进一步地，第一筛分机构与第一输送机4平行，如图1所示。由此，便于一级筛分机构5对第一输送机4上输送来的渣土进行筛分，提高筛分效率，且可使得土压平衡盾构机100的结构紧凑，减小土压平衡盾构机100的体积。

具体而言，第二输送机6包括第一段61和第二段62。例如，在图1的示例中，第二输送机6的第一段61倾斜设置，例如，第一段61与一级筛分机构5平行设置，第二输送机6的第二段62水平设置且与上述第一段61的后端相连。由此，可将一级筛分机构5筛分得到的第一渣土(即大颗粒渣土)输送至运送渣土的装置(图未示出)上，以将大颗粒渣土运送至隧道外，且结构紧凑，节省空间。可选地，第二输送机6为皮带输送机，但不限于此。

搅拌罐9设在一级筛分机构5的下方，搅拌罐9内具有泥浆91，搅拌罐9被构造成用于将第二渣土和泥浆91搅拌后输送至开挖舱3，以对地层中颗粒之间的间隙进行填充，改善地层颗粒级配情况。可选地，上述泥浆91由膨润土和水混合形成，由此，可使得泥浆91的黏结性强，从而可以进一步地改善地层中颗粒级配情况。

进一步地，例如，在图1的示例中，一级筛分机构5筛分得到的第二渣土(即小颗粒渣土)进入搅拌罐9后与搅拌罐9中的泥浆91搅拌混合，形成稠泥浆，通过泵12输送至开挖舱3内。在施工过程中，利用刀盘2转动将稠泥浆覆盖在开挖面上，在开挖面上形成泥膜，以改善地层的颗粒级配情况。由此，可以防止为保持开挖面压力平衡而注入的压缩空气透过颗粒之间的间隙渗透到地层中，使得开挖面的压力平衡，从而有效地控制了掘进过程中的地层沉降，并增强了开挖面的自稳性。

根据本发明实施例的土压平衡盾构机100，通过设置一级筛分机构5和搅拌罐9，将一级筛分机构5筛分出的第二渣土与搅拌罐9中的泥浆91搅拌混合后重新输送至开挖舱3。由此，可对地层中颗粒之间的间隙进行填充，改善地层的颗粒级配情况，平衡开挖面的压力，从而可以有效地控制掘进过程中的地层沉降，并且能增强开挖面的自稳性。

根据本发明的一个实施例，土压平衡盾构机100进一步包括：二级筛分机构8。如图1所示，二级筛分机构8设在一级筛分机构5和搅拌罐9之间，二级筛分机构8被构造成用于对第二渣土(即小颗粒渣土)进行筛分以得到水和子渣土、并将子渣土输送至搅拌罐9且将水输送至开挖舱3或直接排出。由此，可以减少进入搅拌罐9中的水分，控制泥浆91中的水分与渣土的比例，增加泥浆91的粘稠度，从而有利于保持开挖面的压力平衡。

进一步地，土压平衡盾构机100还包括：储存罐7。如图1所示，储存罐7设在一级筛分机构5和二级筛分机构8之间，储存罐7被构造成用于接收一级筛分机构5筛分出的第二渣土并将第二渣土输送至二级筛分机构8。由此，可将一级筛分机构5筛分出的第二渣土(即小颗粒渣土)存放在储存罐7中，从而可以提高土压平衡盾构机100的工作效率。

具体地，储存罐7的上部具有敞开的开口，储存罐7的内部具有容纳第二渣土的容纳空间。例如，在图1的示例中，储存罐7的开口端面邻近一级筛分机构5设置且与一级筛分机构5平行，即储存罐7的开口端面在从前到后的方向上倾斜向上延伸，此时储存罐7的纵向截面形状为不规则的四边形。由此，可增大储存罐7的容纳空间，从而增加储存量，且便于一级筛分机构5筛分出的第二渣土进入储存罐7中，防止第二渣土排到储存罐7外。

具体地，二级筛分机构8与储存罐7相连，以将筛分出的水送回储存罐7。进一步地，土压平衡盾构机100包括：排水系统10。如图1所示，排水系统10连接在储存罐7与开挖舱3之间，由此，可通过上述排水系统10将二级筛分机构8筛分出的水从储存罐7中输送至开挖舱3，从而可以减小二级筛分机构8的工作量，提高工作效率。例如，可通过泵12将二级筛分机构8筛分出的水从储存罐7中输送至开挖舱3，结构简单、易于实现。

可选地，土压平衡盾构机100包括排污系统11，排污系统11与储存罐7相连，如图1所示。通过上述排污系统11可将二级筛分机构8筛分出的水直接从储存罐7中排出。由此，可以进一步地减小二级筛分机构8的工作量，提高工作效率。

可选地，一级筛分机构5包括过滤筛，过滤筛上形成有多个筛分孔51，每个上述筛分孔51处设有可运动的盖板以打开和关闭筛分孔51。当每个上述筛分孔51上的盖板打开时，一级筛分机构5可将第一输送机4上输送来的渣土进行筛分，得到第一渣土和第二渣土，并将上述第一渣土输送至第二输送机6，将上述第二渣土输送至储存罐7；当每个上述筛孔上的盖板关闭时，一级筛分机构5可将第一输送机4上输送来的渣土直接输送至第二输送机6。

例如，在地层颗粒级配较好的情况下，可将每个上述筛分孔51上的盖板关闭。此时，刀盘2转动对地层进行开挖，渣土通过刀盘2开口进入开挖舱3后，经开挖舱3底部的第一输送机4输送至一级筛分机构5上，然后由一级筛分机构5输送到第二输送机6上，最后由运送渣土的装置将渣土运输至隧道外。

在地层颗粒级配较差的情况下(例如，富水砂卵石地层等)，可将每个上述筛分孔51上的盖板打开。此时，刀盘2转动对地层进行开挖，渣土通过刀盘2开口进入开挖舱3后，经开挖舱3底部的第一输送机4输送至一级筛分机构5上。一级筛分机构5将从第一输送机4上输送来的渣土进行筛分，得到第一渣土和第二渣土，并将第一渣土输送至第二输送机6上，将第二渣土输送至二级筛分机构8上。其中第一渣土由运送渣土的装置运输至隧道外，第二渣土经二级筛分机构8筛分得到水和子渣土。上述水重新注入储存罐7中，通过泵12送至开挖舱3或者直接通过排污系统11排出。上述子渣土输送至装有泥浆91的搅拌罐9后，与泥浆91搅拌混合成稠泥浆后，输送至开挖舱3，以改善地层颗粒级配情况。

由此，可根据地层颗粒级配情况选择打开或者关闭每个上述筛分孔51的盖板，扩大了土压平衡盾构机100的应用范围，且结构简单，易于实现。

可选地，过滤筛倾斜设置。例如，在图1的示例中，过滤筛在从前向后的方向上向上倾斜设置，从而便于将第一输送机4上输送来的渣土进行筛分，以提高筛分效率，且分离出的第二渣土可以在自身重力的作用下落至储存罐7中。

根据本发明的一个具体实施例，如图1所示，土压平衡盾构机100包括：盾体1、形成有开口的刀盘2、设在刀盘2的后方的开挖舱3、螺旋输送机、皮带输送机、一级筛分机构5、二级筛分机构8、储存罐7和搅拌罐9。

其中，开挖舱3的内部与刀盘2上的开口连通。螺旋输送机在从前向后的方向上向上倾斜设置，且螺旋输送机的后部具有开口朝下的出口41，螺旋输送机的前部可以伸入开挖舱3的底部。一级筛分机构5设在螺旋输送机的出口41处，皮带输送机设在一级筛分机构5的下游。

一级筛分机构5包括与螺旋输送机平行设置的过滤筛，且过滤筛上形成有多个筛分孔51，以用于将第一输送机4上输送来的渣土进行筛分以得到第一渣土和第二渣土、并将第一渣土输送至第二输送机6，其中第一渣土的粒径大于第二渣土的粒径。此外，在每个上述筛分孔51处设有可运动的盖板以打开和关闭筛分孔51。

储存罐7设在一级筛分机构5和二级筛分机构8之间，用于接收一级筛分机构5筛分出的第二渣土并将第二渣土输送至二级筛分机构8。二级筛分机构8与储存罐7相连以将筛分出的水送回储存罐7。

具体地，如图1所示，储存罐7的上部具有敞开的开口，储存罐7的内部具有容纳第二渣土的容纳空间。储存罐7的开口端面邻近一级筛分机构5设置且与一级筛分机构5平行，即储存罐7的开口端面在从前到后的方向上倾斜向上延伸，此时，储存罐7的纵向截面形状为不规则的四边形。

搅拌罐9设在二级筛分机构8的下游，且搅拌罐9内具有由膨润土和水混合形成的泥浆91。二级筛分机构8筛分出的子渣土在搅拌罐9内与泥浆91搅拌混合后形成稠泥浆。

此外，土压平衡盾构机100还包括排水系统10和排污系统11，其中排水系统10连接在储存罐7和开挖舱3之间，排污系统11与储存罐7相连。二级筛分机构8筛分出的水输送至储存罐7后，可通过排水系统10重新注入开挖舱3，也可以通过排污系统11直接排出，有效地减小了二级筛分机构8的工作量，提高了工作效率。

施工时，在地层颗粒级配较好的情况下，可将每个上述筛分孔51上的盖板关闭。刀盘2转动对地层进行开挖时，渣土通过刀盘2上的开口进入开挖舱3后，经开挖舱3底部的螺旋输送机输送至一级筛分机构5上，然后由一级筛分机构5输送到皮带输送机上，最后由运送渣土的装置将渣土运输至隧道外。

在地层颗粒级配较差的情况下(例如，富水砂卵石地层等)，可将每个上述筛分孔51上的盖板打开。刀盘2转动对地层进行开挖时，渣土通过刀盘2上的开口进入开挖舱3后，经开挖舱3底部的螺旋输送机输送至一级筛分机构5上进行筛分，得到大颗粒的第一渣土和小颗粒的第二渣土。其中第一渣土被输送至皮带输送机上，并由运送渣土的装置运输至隧道外，第二渣土进入储存罐7后，通过泵12输送至二级筛分机构8上，再经二级筛分机构8筛分得到水和子渣土。二级筛分机构8筛分出的水重新注入储存罐7后，通过泵12注入开挖舱3，或者通过排污系统11直接排出储存罐7。二级筛分机构8筛分出的子渣土则输送至装有泥浆91的搅拌罐9，子渣土与泥浆91搅拌混合成稠泥浆后，通过泵12输送至开挖舱3，以改善地层颗粒级配情况，不仅有效地控制了地层沉降，还增强了开挖面的自稳性。

根据本发明实施例的土压平衡盾构机100，通过设置一级筛分机构5和搅拌罐9，将小颗粒渣土与搅拌罐9中的泥浆91搅拌混合后重新输送至开挖舱3，实现了对地层级配不良情况的改善。由此，可以有效地减小地层沉降的可能性，并且能提高安全性及可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (9)

1.一种土压平衡盾构机，其特征在于，包括：

刀盘，所述刀盘上形成有开口；

开挖舱，所述开挖舱设在所述刀盘的后方，且所述开挖舱内部与所述开口连通；

第一输送机，所述第一输送机与所述开挖舱相连；

第二输送机，所述第二输送机设在所述第一输送机的下游；

一级筛分机构，所述一级筛分机构设在所述第一输送机和所述第二输送机之间，所述一级筛分机构被构造成用于将从所述第一输送机上输送来的渣土进行筛分以得到第一渣土和第二渣土、并将所述第一渣土输送至所述第二输送机，所述第一渣土的粒径大于所述第二渣土的粒径；以及

搅拌罐，所述搅拌罐设在所述一级筛分机构的下方，所述搅拌罐内具有泥浆，所述搅拌罐被构造成用于将所述第二渣土和所述泥浆搅拌后输送至所述开挖舱；

二级筛分机构，所述二级筛分机构设在所述一级筛分机构和所述搅拌罐之间，所述二级筛分机构被构造成用于对所述第二渣土进行筛分以得到水和子渣土、并将所述子渣土输送至所述搅拌罐且将所述水输送至所述开挖舱或直接排出。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机，其特征在于，还包括：

储存罐，所述储存罐设在所述一级筛分机构和所述二级筛分机构之间，所述储存罐被构造成用于接收所述一级筛分机构筛分出的所述第二渣土并将所述第二渣土输送至所述二级筛分机构。

3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述二级筛分机构与所述储存罐相连以将筛分出的所述水送回所述储存罐，

进一步包括：

排水系统，所述排水系统连接在所述储存罐与所述开挖舱之间。

4.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机，其特征在于，还包括：

排污系统，所述排污系统与所述储存罐相连。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述一级筛分机构包括过滤筛，所述过滤筛上形成有多个筛分孔，每个所述筛分孔处设有可运动的盖板以打开和关闭所述筛分孔。

6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述过滤筛倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述第一输送机为螺旋输送机。

8.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述第二输送机为皮带输送机。

9.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机，其特征在于，所述泥浆由膨润土和水混合形成。