CN106968683B - 一种盾构机出渣系统及泥水盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机出渣系统，包括用于输入泥浆的中心螺旋机，中心螺旋机两侧分别连通有用于排渣的第一螺旋机及第二螺旋机，还包括工作控制组件，用于控制第一螺旋机及第二螺旋机交替执行排渣工作。通过螺旋机的原理进行泥浆中的固液分离，即通过中心螺旋机将盾构机的开挖系统产生的夹杂渣料的泥浆输送至前端的两个并接的第一螺旋机及第二螺旋机，通过两台螺旋机的交替工作进行排渣，当其中一台螺旋机进行排渣工作时，另一台螺旋机可进行内部渣料的清理，这样就保证了系统能够持续不断的连续进行排渣工作，有效保证了出渣的效率；同时泥浆中的固体渣料不需经过长距离的管道输送，降低了能耗及设备成本。本发明还公开了一种泥水盾构机。

Description

一种盾构机出渣系统及泥水盾构机

技术领域

本发明涉及挖掘钻探设备技术领域，更具体地说，涉及一种盾构机出渣系统，还涉及一种泥水盾构机。

背景技术

盾构机全称为盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

泥水盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离，经分离后泥浆重复使用。

然而经研究发现，应用此类原理的盾构机设备还存在一定的使用问题，具体表现在：盾构机在后续的泥浆处理过程中，出渣绝大部分仍然依赖泥浆管道，通过大流量泥浆的悬浮和托举作用携带大量固体渣料出洞，这种方式有几个难以克服的缺陷：

泥浆管道中需要携带的固体颗粒粒径和数量较大时，需要的泥浆流量和流速均较大，对泥浆泵的装机功率要求很高；

大量、大颗粒固体在泥浆泵和管道内的高速运动，严重磨蚀泥浆泵和泥浆管道；

虽然在排浆管道处安装采石箱对泥浆中的固体进行沉淀和粗滤分离后，再进入排浆泵可一定程度减少固体对泵和后续管道的磨蚀，但需要定期打开采石箱人工清理固体渣料，造成施工中断甚至停机，极大影响了施工效率、增加了施工成本。

综上所述，如何有效地解决现有的盾构机和泥水平衡盾构机中导出固体效率低和成本高、泥浆系统装机功率大、易损耗设备等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种盾构机出渣系统，该盾构机出渣系统的结构设计可以有效解决现有的盾构机和泥水平衡盾构机中导出固体效率低和成本高、泥浆系统装机功率大、易损耗设备等问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述盾构机出渣系统的泥水盾构机。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机出渣系统，包括用于输入泥浆的中心螺旋机，所述中心螺旋机两侧分别连通有用于排渣的第一螺旋机及第二螺旋机，还包括工作控制组件，用于控制所述第一螺旋机及第二螺旋机交替执行排渣工作。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述中心螺旋机与第一螺旋机及第二螺旋机分别连接的位置均设置有容纳泥浆的密封收纳室。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述工作控制组件包括可控开闭的可控闸门组件，所述可控闸门组件设置于所述中心螺旋机的外壁上分别与第一螺旋机及第二螺旋机连通的位置。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述密封收纳室均在底部设置有排浆阀，并连接排浆管路。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述密封收纳室均设置有泄压阀，所述泄压阀位于所述排浆阀上方，用于在排浆阀打开排液之前先对密封收纳室排气或排液泄压。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述排浆管路上设置有泥浆泵，其尾端与污水容纳装置直接连通，或与盾构机土仓连通。

优选的，上述盾构机出渣系统中，还包括送渣皮带，所述中心螺旋机、第一螺旋机及第二螺旋机的出口端设置于所述送渣皮带上方。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述第一螺旋机及第二螺旋机的出口端均设置有可将螺旋机密封的可控闸门组件。

优选的，上述盾构机出渣系统中，所述中心螺旋机的出口端设置有可将其封闭的、用于切换工作模式的可控闸门组件。

本发明提供的盾构机出渣系统，包括用于输入泥浆的中心螺旋机，所述中心螺旋机两侧分别连通有用于排渣的第一螺旋机及第二螺旋机，还包括工作控制组件，用于控制所述第一螺旋机及第二螺旋机交替执行排渣工作。本发明提供的这种盾构机出渣系统，通过螺旋机的原理进行泥浆中的固液分离，即通过中心螺旋机将盾构机的开挖系统产生的夹杂渣料的泥浆输送至前端的两个并接的第一螺旋机及第二螺旋机，通过两台螺旋机的交替工作进行排渣，当其中一台螺旋机进行排渣工作时，另一台螺旋机可进行内部渣料的清理，这样就保证了系统能够持续不断的连续进行排渣工作，有效保证了出渣的效率；同时由于采用这种泥浆中的渣料分离方式，泥浆中的固体渣料不需经过长距离的管道输送，这样采用相对功率较小的泥浆泵即可完成输送，降低了能耗及设备成本，同时降低了堵塞的风险，减少了管道的磨损；并且通过两组不同的螺旋机分担泥浆分离的工作，有效实现分流，降低了设备排出功率要求。综上所述，本发明提供的这种盾构机出渣系统有效地解决了现有的盾构机导出泥浆效率低、成本高，并且易损耗设备的问题。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种泥水盾构机，该泥水盾构机包括上述任一种盾构机出渣系统。由于上述的盾构机出渣系统具有上述技术效果，具有该盾构机出渣系统的泥水盾构机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的盾构机出渣系统的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的盾构机出渣系统的俯视结构示意图。

附图中标记如下：

中心螺旋机1、第一螺旋机2、送渣皮带3、可控闸门组件4、密封收纳室5、排浆阀6、泄压阀7、第二螺旋机8、排浆管路9、泥浆泵10。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种盾构机出渣系统，以解决现有的盾构机和泥水平衡盾构机中导出固体效率低和成本高、泥浆系统装机功率大、易损耗设备等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1、图2，图1为本发明实施例提供的盾构机出渣系统的侧视结构示意图；图2为本发明实施例提供的盾构机出渣系统的俯视结构示意图。

本发明的实施例提供的盾构机出渣系统，包括用于输入泥浆的中心螺旋机1，所述中心螺旋机1两侧分别连通有用于排渣的第一螺旋机2及第二螺旋机8，还包括工作控制组件，用于控制所述第一螺旋机2及第二螺旋机8交替执行排渣工作。

其中需要说明的是，螺旋机指的是一类用于输送流体物料的装置，其具有柱状的封闭外壳，内部设置有安装螺旋叶片的中轴，通过螺旋叶片的转动实现物料的输送。

本实施例中的中心螺旋机主要用于将未处理的泥浆输送至第一及第二螺旋机，第一及第二螺旋机具有分离的功能，一般的工作方式是一个螺旋机进行分离固液物料的预处理时，另一个螺旋机将处理后剩余的固态渣料输出，依次循环往复实现连续的渣料输送分离。

本实施例提供的这种盾构机出渣系统，通过螺旋机的原理进行泥浆中的固液分离，即通过中心螺旋机将盾构机的开挖系统产生的夹杂渣料的泥浆输送至前端的两个并接的第一螺旋机及第二螺旋机，通过两台螺旋机的交替工作进行排渣，当其中一台螺旋机进行排渣工作时，另一台螺旋机可进行内部渣料的清理，这样就保证了系统能够持续不断的连续进行排渣工作，有效保证了出渣的效率；同时由于采用这种泥浆中的渣料分离方式，泥浆中的固体渣料不需经过长距离的管道输送，这样采用相对功率较小的泥浆泵即可完成输送，降低了能耗及设备成本，同时降低了堵塞的风险，减少了管道的磨损；并且通过两组不同的螺旋机分担泥浆分离的工作，有效实现分流，降低了设备排出功率要求。

综上所述，本发明提供的这种盾构机出渣系统有效地解决了现有的盾构机导出泥浆效率低、成本高，并且易损耗设备的问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述中心螺旋机1与第一螺旋机2及第二螺旋机8分别连接的位置均设置有容纳泥浆的密封收纳室5。

本实施例提供的技术方案中，在中心螺旋机与两个并接的螺旋机之间色绘制密封收纳室，将由中心螺旋机输送来的泥浆先存至密封收纳室中，通过密封收纳室提供的空间，对泥浆进行预处理，以便在通过第一或第二螺旋机输送时，可以充分将泥浆中的渣料分离输送出来；基于第一及第二螺旋机交替工作的设计，向两个不同的密封收纳室供应泥浆的过程应该也为交替进行的，可通过可控闸门组价实现该目的。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述工作控制组件包括可控开闭的可控闸门组件4，所述可控闸门组件4设置于所述中心螺旋机1的外壁上分别与第一螺旋机2及第二螺旋机8连通的位置。

本实施例提供的技术方案中，工作控制组件包括可控开闭的闸门组件，其设置于第一及第二螺旋机与中心螺旋机连通的位置，也就是说可以通过闸门的开闭按照预设的时序，分别控制泥浆进入第一及第二螺旋机所对应的密封收纳室；通过闸门的按时控制实现了，泥浆交替进入两个不同的密封收纳室，以便收纳室可按照预定的时序进行后续的渣料分离输送，从而保证了第一螺旋机及第二螺旋机交替出渣的顺利进行。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述密封收纳室5均在底部设置有排浆阀6，并连接排浆管路9。

本实施例提供的技术方案中，在密封收纳室的底部设置排浆阀，当泥浆灌入密封收纳室操作完成后，关闭入口闸门，打开排浆阀，将进入密封收纳室的泥浆中的液态物质排出；之后按照时序操作螺旋机的输出工作，将渣料排出。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述密封收纳室5均设置有泄压阀7，所述泄压阀7位于所述排浆阀6上方，用于在排浆阀6打开排液之前先对密封收纳室5排气或排液泄压。

其中需要说明的是，密封收纳室在开始出渣之前出口封闭，在进入泥浆时，难以即时排出整个空间内存留的空气，容易造成空间内气压过大，因此设置泄压阀，以保证设备在正常气压下实现顺畅工作，通过泄压阀的设置在排浆前预先排出一部分地空气或液体，以便令密封的收纳室内恢复正常气压；优选的设计是令泄压阀与排污管道连通，以便直接将排出的浆液引出。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述排浆管路9上设置有泥浆泵10，其尾端与污水容纳装置直接连通，或与盾构机土仓连通。

本实施例提供的技术方案中，在排浆管路上设置有泥浆泵，通过泵的设计加速泥浆的排出，提高处理效率，并直接将管路引入污水容纳装置，以便处理或回收利用，其中污水容纳装置包括配套拖车上的污水箱等结构。

另外，当其尾端的污水容纳装置与盾构机的土仓连通时，可以将泥浆回抽至土仓内实现部分泥浆循环利用，但管路上应设置逆止装置以防止土仓内泥浆倒灌。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，还包括送渣皮带3，所述中心螺旋机1、第一螺旋机2及第二螺旋机8的出口端设置于所述送渣皮带3上方。

本实施例提供的技术方案中进一步在螺旋机的排出口位置设置送渣皮带，通过输送皮带这种结构，对排出的料渣进行统一的回收处理，令料渣的处理更加方便快捷，进一步提升了设备的效率，降低了人力的消耗。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述第一螺旋机2及第二螺旋机8的出口端均设置有可将螺旋机密封的可控闸门组件4。

本实施例提供的技术方案中在第一螺旋机及第二螺旋机的出口端均设置有可将螺旋机密封的可控闸门组件，由于螺旋机与密封收纳室直接连通，通过这种可控闸门组件直接实现收纳室在开口端的密封。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述盾构机出渣系统中，所述中心螺旋机1的出口端设置有可将其封闭的、用于切换工作模式的可控闸门组件4。

本实施例提供的技术方案中进一步在中心螺旋机的出口端也设置可控闸门组件，可以辅助第一及第二螺旋机的可控闸门组件的协同控制实现设备工作模式的切换，具体的当盾构机进行土压掘进工作时，即不再产生大量的泥浆夹杂渣料的情况时，这种模式下不再有分离固液渣料的需要，因此直接关闭的可控闸门组件、打开中心螺旋机的开口端闸门仅通过中心螺旋机输送产生的固态废料即可，增强了设备的普遍适用性。

基于上述实施例中提供的盾构机出渣系统，本发明还提供了一种泥水盾构机，该泥水盾构机包括上述实施例中任意一种盾构机出渣系统。由于该泥水盾构机采用了上述实施例中的盾构机出渣系统，所以该泥水盾构机的有益效果请参考上述实施例。

为进一步说明本实施例中的泥水盾构机的使用方法，给出三螺旋盾构机的如下使用方法：

该三螺旋盾构机可用于土压平衡和泥水平衡两种工作模式，因此较适用于双模式盾构机。

土压平衡工作模式下，中心螺旋机连通两侧螺旋机收纳室的可控闸门组件处于关闭状态，第一、第二螺旋和两侧收纳室均不工作，土舱内的泥渣通过中心螺旋机排出。

泥水平衡工作模式下，中心螺旋、第一螺旋和第二螺旋均参与渣土输送。中心螺旋尾部的闸门关闭，通过螺旋轴转动，将土舱内的固体渣料连同泥浆一同带入中心螺旋机内，经位于中心螺旋两侧的控制闸门组件进入收纳室；两侧的第一螺旋、第二螺旋交替工作，一侧闸门开启的同时另一侧闸门处于关闭状态；进入收纳室的大粒径固体颗粒经过沉淀和粗滤，大部分留在了收纳室内，其余细粒固体随泥浆一道经排浆口进入排浆管路。

收纳室固体物位检测方法：工作一侧的收纳室内随着固体颗粒的持续沉积，其堆积高度不断增加并将最终堵塞排浆口，这将导致排浆泵抽空形成负压，这一负压由位于排浆泵前方的压力传感器检测到，然后发出报警并依次按以下顺序控制相关设备启闭：打开对侧收纳室与中心螺旋之间的闸门组件→关闭该侧闸门组件→打开该侧收纳室上的泄压阀门→打开螺旋机尾部的闸门→打开中排浆阀→启动螺旋机排出收纳室内的固体渣料。

收纳室的设计特点：包括上下两个排浆口、排污口、泄压口、螺旋机安装接口、检修口等，箱底为便于固体渣料汇集应设计成向螺旋机一侧倾斜的结构。排浆口、排污口、泄压口上均设有阀门，其中泄压口应采用自动阀门(如气动阀门、液动阀门、电动阀门)以便于控制联动操作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种盾构机出渣系统，其特征在于，包括用于输入泥浆的中心螺旋机，所述中心螺旋机两侧分别连通有用于排渣的第一螺旋机及第二螺旋机，还包括工作控制组件，用于控制所述第一螺旋机及第二螺旋机交替执行排渣工作，所述中心螺旋机与第一螺旋机及第二螺旋机分别连接的位置均设置有容纳泥浆的密封收纳室，所述工作控制组件包括可控开闭的可控闸门组件，所述可控闸门组件设置于所述中心螺旋机的外壁上分别与第一螺旋机及第二螺旋机连通的位置；

所述密封收纳室所提供的空间可对泥浆进行预处理；

所述第一螺旋机和所述第二螺旋机均可将未处理的泥浆进行分离，所述第一螺旋机和所述第二螺旋机中的任一者进行分离固液物料的预处理时，另一者将处理后剩余的固态渣料输出；

所述第一螺旋机及第二螺旋机的出口端均设置有可将螺旋机密封的可控闸门组件；

所述中心螺旋机的出口端设置有可将其封闭的、用于切换工作模式的可控闸门组件；

还包括送渣皮带，所述中心螺旋机、第一螺旋机及第二螺旋机的出口端设置于所述送渣皮带上方；

当所述中心螺旋机的外壁上分别与所述第一螺旋机及所述第二螺旋机连通的位置上的所述可控闸门组件处于关闭状态时，所述第一螺旋机、所述第二螺旋机均不作业，泥浆的渣料通过所述中心螺旋机作业并排出，以实现土压平衡工作模式；

当所述中心螺旋机尾部的闸门关闭，且所述中心螺旋机的外壁上分别与所述第一螺旋机及所述第二螺旋机连通的位置上的所述可控闸门组件处于一者开启另一者关闭状态时，所述第一螺旋机、所述第二螺旋机交替排出经所述中心螺旋机输送的泥浆的渣料，所述第一螺旋机、所述第二螺旋机、所述中心螺旋机均参与渣土输送，以实现泥水平衡工作模式。

2.根据权利要求1所述的盾构机出渣系统，其特征在于，所述密封收纳室均在底部设置有排浆阀，并连接排浆管路。

3.根据权利要求2所述的盾构机出渣系统，其特征在于，所述密封收纳室均设置有泄压阀，所述泄压阀位于所述排浆阀上方，用于在排浆阀打开排液之前先对密封收纳室排气或排液泄压。

4.根据权利要求2所述的盾构机出渣系统，其特征在于，所述排浆管路上设置有泥浆泵，其尾端与污水容纳装置直接连通，或与盾构机土仓连通。

5.一种泥水盾构机，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的盾构机出渣系统。