CN107387110A - 一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法，气垫式双模泥水盾构机的气垫仓为前盾和刀盘驱动装置构成的环形腔体，气垫仓内设置有气垫连通管，气垫连通管的上端口伸入到高压空气腔，气垫连通管的下端口伸入到泥水腔，气垫连通管的上端口连接有通向泥水仓的引流管，气垫连通管与引流管之间设置有液动闸阀，液动闸阀与盾构机外部的控制装置相连；本发明一种气垫式双模泥水盾构机的可以实现泥水仓排浆掘进模式和气垫仓排浆掘进模式，在两种模式下都可以精确控制撑子面的压力，避免了撑子面内产生压力波动，解决了对盾构机的泥水循环系统造成冲击的问题，同时也避免了地表的沉降。

Description

一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法

技术领域

本发明涉及泥水盾构机领域，特别是涉及一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法。

背景技术

常规气垫式泥水盾构机具有独特的高工作压力、撑子面压力控制精确等优势，因此广泛应用于穿江、跨海隧道施工中，但由于其结构形式和工作原理导致在粘性土地层、大量碎石地层掘进施工中经常出现刀盘结泥饼、泥水仓和气垫仓渣土滞排等现象，导致掘进速度低、施工效率低等问题，严重影响泥水盾构机的正常工作；常规单仓式泥水盾构机具有泥饼几率低、渣土输送效率高等优势，应用在隧道施工中，但存在泥水仓压力控制精度低、大直径石块无法处理、压力波动极大等问题，容易对盾构机的泥水循环系统造成冲击，严重影响盾构机的使用寿命且易导致地表严重沉降。

现有申请公布号为CN 104863610 A、申请公布日为2015.08.26的发明专利申请文件公开了一种可以直接和间接控制的泥水循环系统及控制方法，包括进浆总管和排浆总管，进浆总管和排浆总管之间连有旁通管，进浆总管上设有进浆泵，排浆总管上设有排浆泵，进浆总管上连有第一进浆管和第二进浆管，排浆总管上连有第一排浆管和第二排浆管，第一进浆管、第一排浆管连接在泥水仓上，第二进浆管、第二排浆管连接在气垫仓上，第一进浆管、第二进浆管、第一排浆管和第二排浆管和旁通管上均设有控制阀。在不易产生块状沉积物的地层掘进时，采用间接控制模式，此时进浆泵和排浆泵开启，打开第二进浆管和第二排浆管，打开泥浆门，关闭或打开第一进浆管，关闭第一排浆管；在易产生块状沉积物地层掘进时，采用直接式控模块，此时进浆泵和排浆泵开启，关闭第二进浆管和第二排浆管，关闭泥浆门，打开第一排浆管和第一进浆管。

上述循环系统及控制方法虽然在不易产生块状沉积物的地层掘进时虽然可以为撑子面提供压力控制，但是只能从泥水仓与气垫仓之间的泥浆门输出控制压力，导致对撑子面的压力控制不均衡，会有压力波动产生；而且在易产生块状沉积物的地层掘进时，以常规单仓式泥水盾构机的方式进行，则无法实现气垫压力的传递，只能通过进排浆流量来控制撑子面的压力，因此存在泥水仓的压力控制精度很低、压力波动极大、大直径石块无法处理等问题，容易对盾构机的泥水循环系统造成冲击，严重影响盾构机的使用寿命且易导致地表严重沉降。

发明内容

本发明为解决现有泥水循环系统及控制方法的泥水仓压力波动极大、且较大石块无法处理而容易对盾构机的泥水循环系统造成冲击、且易导致地表严重沉降的问题，而公开一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种气垫式双模泥水盾构机，包括进浆总管、排浆总管、旁通管、进浆泵和排桨泵，进浆总管上连有第一进浆管和第二进浆管，排浆总管上连有第一排浆管和第二排浆管，第一进浆管、第一排浆管连接到泥水仓，第二进浆管、第二排浆管连接到气垫仓，第一进浆管、第二进浆管、第一排浆管和第二排浆管和旁通管上均设有控制阀，前盾和刀盘驱动装置形成气垫仓的环状腔体，气垫仓分为下部的泥水腔和上部的高压空气腔，气垫仓内设置有气垫连通管，气垫连通管的上端口伸入到高压空气腔，气垫连通管的下端口伸入到泥水腔，气垫连通管的上端口连接有通向泥水仓的引流管，气垫连通管与引流管之间设置有液动闸阀，液动闸阀与盾构机外部的控制装置相连。在气垫仓内设置通向泥水仓的气垫连通管，无论使用泥水仓排浆掘进模式或气垫仓排浆掘进模式，都可以为撑子面提供精确的控制压力，避免了撑子面内产生压力波动，解决了对盾构机的泥水循环系统造成冲击的问题，同时也避免了地表的沉降。

进一步地，所述引流管内设置有防堵装置，防堵装置包括穿插在引流管内的螺旋状导流片，螺旋状导流片连接有液压马达。在引流管内设置防堵装置，可以有效促进气垫连通管的通畅，避免气垫连通管阻塞而造成了泥水循环系统的瘫痪，有效地保证了本发明盾构机的工作可靠性。

进一步地，所述气垫仓的底部设置有破碎机，破碎机的出口处设置有格栅，格栅位于第二排浆管的排浆端口前。虽然是在不易产生块状沉积物时使用气垫仓排浆掘进模式，但是仍然会有不少石块滞留在气垫仓，因此在气垫仓设置破碎机可有效粉碎气垫仓内的石块，进一步保证泥水循环系统的正常运行；而且在使用泥水仓排浆掘进模式遇到较大石块时，可切换为气垫仓排浆掘进模式，利用破碎机对较大石块进行破碎处理。

上述一种气垫式双模泥水盾构机的控制方法：

在对不易产生块状沉积物的地层掘进时，采用气垫仓排浆掘进模式，打开第二进浆管和第二排浆管，打开泥浆门、破碎机、液动闸阀和液压马达，适时关闭或打开第一进浆管，关闭第一排浆管，开启进浆泵和排浆泵；

在对易产生块状沉积物地层掘进时，采用泥水仓排浆掘进模式，关闭第二排浆管和泥浆门，打开第一排浆管、第一进浆管、第二进浆管和液动闸阀，开启液压马达、进浆泵和排浆泵；

当使用泥水仓排浆掘进模式出现大直径石块无法处理时，转换为气垫仓掘进模式对石块进行破碎处理，再转换为泥水仓排浆掘进模式，进而破碎后的碎石可从第二排浆管排出，随后再转换为泥水仓排浆掘进模式。

本发明一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法可以有效实现盾构机的泥水循环，具有泥水仓排浆掘进模式和气垫仓排浆掘进模式，在气垫仓内设置通向泥水仓的气垫连通管，使两种模式下都可以精确控制撑子面的压力，避免了撑子面内产生压力波动，解决了对盾构机的泥水循环系统造成冲击的问题，同时也避免了地表的沉降，另外，还可以利用气垫仓的破碎机处理泥水仓排浆掘进模式处理不了的较大石块，保证盾构机泥水循环系统的可靠运行。

附图说明

图1为一种气垫式双模泥水盾构机的结构示意图；

图2为一种气垫式双模泥水盾构机的泥水仓排浆掘进模式状态示意图；

图3为一种气垫式双模泥水盾构机的气垫仓排浆掘进模式状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种气垫式双模泥水盾构机及其控制方法作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明所述的一种气垫式双模泥水盾构机，本设备的最前端为刀盘1，刀盘1后方为泥水仓2，泥水仓2后方为气垫仓3，气垫仓3与泥水仓2之间的底部设置有可以开合的泥浆门17，气垫仓3的下部为泥水腔29、上部为高压空气腔30，气垫仓3内设置有气垫连通管4，气垫连通管4的上端口伸入到高压空气腔30，气垫连通管4的下端口伸入到泥水腔29；气垫连通管4的上端口连接有通向泥水仓29的引流管32，气垫连通管4与引流管32之间设置有液动闸阀6，液动闸阀6与盾构机外部的控制装置相连。

所述引流管32内设置有防堵装置5，防堵装置5包括穿插在引流管32内的螺旋状导流片33，螺旋状导流片33连接有液压马达34。在引流管32内设置防堵装置5，可以有效促进气垫连通管4的通畅，避免气垫连通管4阻塞而造成了泥水循环系统的瘫痪，有效地保证了本发明盾构机的工作可靠性。

本发明盾构机的泥水环流系统包括进浆总管11、排浆总管27及连接进浆总管11和排浆总管27的旁通管13，进浆总管11分为第一进浆管7和第二进浆管8，第一进浆管7的进浆口与泥水仓2相连，并且第一进浆管7的进浆口设置在泥水仓2的上部位置；第二进浆管8的进浆口与气垫仓3相连，并且第二进浆管8的进浆口设置在气垫仓3的上部位置；排浆总管27分为第一排浆管21和第二排浆管22，第一排浆管21的出浆口与泥水仓2相连，并且第一排浆管21的出浆口设置在泥水仓2的下部位置；第二排浆管22的出浆口与气垫仓3相连，并且第二排浆管22的出浆口设置在气垫仓的下部位置。

进浆总管11上设置有进浆总阀12，第一进浆管7上设置有第一进浆阀9，第二进浆管8上设置有第二进浆阀10，第一排浆管21上设置有第一排浆阀24，第二排浆管22上设置有第二排浆阀25，旁通管上均设有旁通阀14；进浆总管上设置有进浆泵15，进浆泵15设置在进浆总阀12的后方，排浆总管27上设置有排桨泵28。

进一步地，所述气垫仓3的底部设置有破碎机19，破碎机19的出口处设置有格栅20，格栅20位于第二排浆管22的排浆端口前。

一种气垫式双模泥水盾构机的控制方法和工作过程为：

在对不易产生块状沉积物的地层掘进时，采用气垫仓排浆掘进模式，打开第二进浆阀和第二排浆阀，打开泥浆门、破碎机、液动闸阀和液压马达，关闭第一排浆阀，开启进浆泵和排浆泵，当盾构机泥水环流系统需要的浆液流量较小时关闭第一进浆阀，当盾构机泥水环流系统需要的浆液流量较大时打开第一进浆阀。

在气垫仓排浆掘进模式下，进浆泵将浆液从进浆总管泵至第一进浆管和第二进浆管，随后浆液分别进入泥水仓和气垫仓，输送至泥水仓的浆液经过泥浆门到达气垫仓的下部，输送至气垫仓的浆液直接从气垫仓的上部输送至气垫仓的下部，到达气垫仓下部的浆液经过破碎机和格栅处理后从第二排浆管输出；在上述过程进行的同时，气垫仓通过泥浆门和气垫连通管分别从泥水仓的上部和下部为泥水仓提供压力控制，为撑子面提供精确的压力控制，进一步减小压力波动，使本发明装置更加稳定可靠。

在对易产生块状沉积物地层掘进时，采用泥水仓排浆掘进模式，关闭第二排浆阀和泥浆门，打开第一排浆阀、第一进浆阀、第二进浆阀和液动闸阀，开启液压马达、进浆泵和排浆泵。

在泥水仓排浆掘进模式下，进浆泵将浆液从进浆总管泵至第一进浆管和第二进浆管，随后浆液分别进入泥水仓和气垫仓，输送至气垫仓的浆液直接从气垫仓的上部输送至气垫仓的下部，气垫仓下部的浆液经过气垫连通管输送至泥水仓的上部，泥水仓内的浆液直接从第一排浆管输出；此过程中，气垫仓可通过气垫连通管为撑子面提供精确的压力控制，消除压力波动，使本发明装置工作稳定可靠。

当使用泥水仓排浆掘进模式出现大直径石块无法处理时，可转换为气垫仓掘进模式对石块进行破碎处理，进而破碎后的碎石可从第二排浆管排出，随后再转换为泥水仓排浆掘进模式即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气垫式双模泥水盾构机，包括进浆总管、排浆总管、旁通管、进浆泵和排桨泵，进浆总管上连有第一进浆管和第二进浆管，排浆总管上连有第一排浆管和第二排浆管，第一进浆管、第一排浆管连接到泥水仓，第二进浆管、第二排浆管连接到气垫仓，第一进浆管、第二进浆管、第一排浆管和第二排浆管和旁通管上均设有控制阀，前盾和刀盘驱动装置形成气垫仓的环状腔体，其特征在于：气垫仓分为下部的泥水腔和上部的高压空气腔，气垫仓内设置有气垫连通管，气垫连通管的上端口伸入到高压空气腔，气垫连通管的下端口伸入到泥水腔，气垫连通管的上端口连接有通向泥水仓的引流管，气垫连通管与引流管之间设置有液动闸阀，液动闸阀与盾构机外部的控制装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种气垫式双模泥水盾构机，其特征在于：所述引流管内设置有防堵装置，所述防堵装置包括穿插在引流管内的螺旋状导流片，螺旋状导流片连接有液压马达。

3.根据权利要求2所述的一种气垫式双模泥水盾构机，其特征在于：所述气垫仓的底部设置有破碎机，破碎机的出口处设置有格栅，格栅位于第二排浆管的排浆端口前。

4.根据权利要求3所述的一种气垫式双模泥水盾构机的控制方法，其特征在于：

在对不易产生块状沉积物的地层掘进时，采用气垫仓排浆掘进模式，打开第二进浆阀和第二排浆阀，打开泥浆门、破碎机、液动闸阀和液压马达，关闭第一排浆阀，开启进浆泵和排浆泵，当盾构泥水环流系统需要的浆液流量较小时关闭第一进浆阀，当盾构泥水环流系统需要的浆液流量较大时打开第一进浆阀；

在对易产生块状沉积物地层掘进时，采用泥水仓排浆掘进模式，关闭第二排浆管和泥浆门，打开第一排浆管、第一进浆管、第二进浆管和液动闸阀，开启液压马达、进浆泵和排浆泵；

当使用泥水仓排浆掘进模式出现大直径石块无法处理时，转换为气垫仓掘进模式对石块进行破碎处理，再转换为泥水仓排浆掘进模式，进而破碎后的碎石可从第二排浆管排出，随后再转换为泥水仓排浆掘进模式。