CN107542475B - 一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，包括第一管和第二管，第一管上安装有破碎机，破碎机的两端并联有直通管，直通管上安装有直通阀，第二管中安装有采石箱，第一管和第二管之间布置有环流切换阀组。配备破碎机和采石箱，具有随时切换正、逆循环模式的功能，当盾构掘进遇到数量较多的大体积岩性渣土，环流系统存在堵管风险时，可以在不拆开环流系统，维持系统正常保压能力的情况下，灵活的转换正循环、逆循环，将渣土收集在采石箱、送回土仓或经破碎机进行破碎处理。保证盾构机在各种地层中掘进的持续性，提高操作人员对开挖面压力的有效控制力，做好盾构机上方图层的沉降控制，保证地面既有建(构)筑物的安全。

Description

一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统

技术领域

本发明涉及隧道盾构法施工研究领域中的一种泥水循环系统，特别是泥水盾构掘进中的一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统。

背景技术

随着国内城市建设的步伐逐渐加快，城市地下空间得到快速的开发和利用，盾构法施工在城市轨道交通、公路隧道、市政管线等领域也得到迅速的推广应用，盾构施工技术也日趋丰富和成熟。泥水平衡盾构机由于其对开挖面压力有良好的控制能力，因此特别多地应用于含水砂层及各种软弱地层的盾构施工中。关于泥浆循环系统的选择，目前主要有德系盾构机多数采用的带有破碎机的单向循环系统和日系盾构机多数采用的具备正逆循环功能的循环系统。

而无论是德系盾构机的循环系统还是日系盾构机的循环系统，都存在其自身的短板：德系的单向循环系统没有逆向输送功能，当循环系统中的某段管道堵塞时，通常只能拆开管道进行人工清理；日系的循环系统虽然带有逆循环功能，但进行逆循环输送时，泥浆从土仓排出到输送至地面的全管段基本没有设置管道堵塞的应对措施，发生管道堵塞时同样只能采用拆管清理的方式，耗费工时，更重要的是在拆管清理的时间段内，无法通过泥浆循环系统对土仓压力进行维持，容易造成掌子面压力失衡，从而导致地层沉降加大。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，在泥浆正、逆循环掘进的过程中，配置有相应的防止管道堵塞的措施，可以最大限度的减少拆管清理的次数，解决一直以来困扰泥水盾构施工的最大难题。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，包括第一管和第二管，所述第一管上安装有破碎机，所述破碎机的两端并联有直通管，所述直通管上安装有直通阀，所述第二管中安装有采石箱，所述第一管和第二管之间布置有环流切换阀组。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环流切换阀组包括第三管、第四管、第一阀和第二阀，所述第三管的A端与第一管连接，第三管的B端与第二管连接，所述第四管的C端与第一管连接，所述第四管的D端与第二管连接，所述第一阀布置在第三管的A端和第四管的C端之间，所述第二阀布置在第三管的B端和第四管的D端之间，所述第三管上安装有第三阀，所述第四管上安装有第四阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述采石箱上设置有小口端和大口端，所述小口端靠近第二阀，所述大口段远离第二阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述破碎机两端分别布置有一个控制阀，所述控制阀位于破碎机所在的支路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述直通阀、第一阀和第二阀开启，第三阀、第四阀和破碎机两侧的控制阀关闭时，所述第一管和直通管构成正循环送泥管路，所述第二管和采石箱构成正循环排泥管路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第三阀、第四阀和破碎机两侧的控制阀开启，第一阀、第二阀和直通阀关闭时，所述第一管、破碎机、第四管和第二管构成逆循环排泥管路，所述第一管、第三管、采石箱和第二管构成逆循环排泥管路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第三阀、第四阀和直通阀开启，第一阀、第二阀和破碎机两侧的控制阀关闭时，所述第一管、直通管、第四管和第二管构成不带破碎机的逆循环排泥管路，所述第一管、第三管、采石箱和第二管构成逆循环排泥管路。

本发明的有益效果是：本发明同时配备破碎机和采石箱，具有随时切换正、逆循环模式的功能，当盾构掘进遇到数量较多的大体积岩性渣土，环流系统存在堵管风险时，可以在不拆开环流系统，维持系统正常保压能力的情况下，灵活的转换正循环、逆循环，将渣土收集在采石箱、送回土仓或经破碎机进行破碎处理。保证盾构机在各种地层中掘进的持续性，提高操作人员对开挖面压力的有效控制力，做好盾构机上方图层的沉降控制，保证地面既有建(构)筑物的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的正循环示意图；

图2是本发明的带破碎机的逆循环示意图；

图3是本发明的不带破碎机的逆循环示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图3，一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，包括第一管1和第二管2，所述第一管1上安装有破碎机6，所述破碎机6的两端并联有直通管5，所述直通管5上安装有直通阀50，所述第二管2中安装有采石箱7，所述第一管1和第二管2之间布置有环流切换阀组。当然，本发明中还包括其他回路，如采石箱7的排石回路，第一管1和第二管2之间的直通管路，该直通管路位于采石箱7和破碎机6的一侧。所述环流切换阀组包括第三管3、第四管4、第一阀10和第二阀20，所述第三管3的A端与第一管1连接，第三管3的B端与第二管2连接，所述第四管4的C端与第一管1连接，所述第四管4的D端与第二管2连接，所述第一阀10布置在第三管3的A端和第四管4的C端之间，所述第二阀20布置在第三管3的B端和第四管4的D端之间，所述第三管3上安装有第三阀30，所述第四管4上安装有第四阀40。所述采石箱7上设置有小口端和大口端，所述小口端靠近第二阀20，所述大口段远离第二阀20。所述破碎机6两端分别布置有一个控制阀，所述控制阀位于破碎机6所在的支路。由于破碎机6在一般情况下，不能有反方向的泥浆流动，因为泥浆反方向流动时破碎机6将不具备破碎岩石的功能。所以本发明特别将破碎机6安装在第一管1的土仓入口前，并将破碎机6的进浆口面向土仓的方向，出浆口背向土仓的方向，且破碎机6只在逆循环掘进模式下启用。

进一步作为优选的实施方式，如图1所示，所述直通阀50、第一阀10和第二阀20开启，第三阀30、第四阀40和破碎机6两侧的控制阀关闭时，所述第一管1和直通管5构成正循环送泥管路，所述第二管2和采石箱7构成正循环排泥管路。此时破碎机6处于关闭状态，与破碎机6并联的直通管5开启，泥浆从送泥管进入土仓，从排泥管排出土仓。此种模式下，由于采石箱7的入口管径(一般为12寸)比出口管径(一般为8寸)要大，环流系统带出的大块渣土将被收集到采石箱7，不进入采石箱7后面的第二管2中，有效避免了环流管道堵塞。当采石箱7积累到一定程度时，可以采取开箱清理或者反冲回土仓的方式。此种掘进模式适用于常规的盾构掘进，如盾构机在砂层、一般性岩层中掘进，盾构刀盘切削下来的渣土一般体积不大，较少出现环流系统堵管的情况。

进一步作为优选的实施方式，如图2所示，所述第三阀30、第四阀40和破碎机6两侧的控制阀开启，第一阀10、第二阀20和直通阀50关闭时，所述第一管1、破碎机6、第四管4和第二管2构成逆循环排泥管路，所述第一管1、第三管3、采石箱7和第二管2构成逆循环排泥管路。此时破碎机6处于开启状态，与破碎机6并联的直通管5关闭，泥浆从第二管2进入土仓，从第一管1排出土仓。此种模式下，第一管1排出的泥浆会经过破碎机6，再跟随环流系统送至地面。此种掘进模式适用于盾构机在长距离岩层、孤石地层、岩溶裂隙发育较强的地层中掘进，刀盘切削下来的岩石块有很大几率体积较大，若采用正循环模式，采石箱7容积较小，常在短时间内堆积满，需要频繁的进行反冲，影响掘进效率，采用启用破碎机6的逆循环模式，被切削下来的大块岩石经过刀盘的二次搅动，有部分在土仓内自行破碎，一部分经由刀盘搅动与土仓内的环流输送到盾构机送泥管排出，到了破碎机6的位置，将被破碎机6挤压破碎，成为体积较小的渣土，输送至地面。此种模式的泥浆循环可以解决掉所有因较大岩石块造成的堵管问题。

进一步作为优选的实施方式，如图3所示，所述第三阀30、第四阀40和直通阀50开启，第一阀10、第二阀20和破碎机6两侧的控制阀关闭时，所述第一管1、直通管5、第四管4和第二管2构成不带破碎机6的逆循环排泥管路，所述第一管1、第三管3、采石箱7和第二管2构成逆循环排泥管路。此时破碎机6处于关闭状态，与破碎机6并联的直通管5开启，泥浆从第二管2进入土仓，从第一管1排出土仓。此种模式下，盾构机的前端的泥浆循环处于一种反向流动的状态，采石箱7中的停留的大块渣土也将被冲洗回到开挖面土仓内，经过刀盘搅动进行二次破碎。此种模式适用于两种情况，一种是正循环掘进过程中采石箱7搜集了大量的渣土，采石箱7剩余空间较小，可能导致整个环流系统在采石箱7内产生堵塞，采用临时的逆循环模式可以有效将采石箱7暂时清空；另一种是盾构在粘土层、残积土层等渣土非常容易产生积聚的地层中掘进时，可较长时间采用图3所示的逆循环掘进模式，可以避免粘土在采石箱7内积聚，提高整个环流系统运行的流畅度。

不同于传统的德系盾构环流系统将破碎机6安装在盾构机头内的排泥出入附近，本发明将破碎机6安装在盾构机后配套的1号台车的送泥管段上，除了上面陈述到的处理送泥管排出的石块作用以外，由于破碎机6为液压动力加滚轮对岩石进行挤压破碎处理，机器长时间对高强度岩石块进行高负荷的破碎工作，容易出现密封失效、油管破损等各种问题。而盾构机头内各种其他设备繁多，对机器检修的操作空间小，影响工作效率，这是盾构施工行业常见的影响掘进施工效率的一大难题。将破碎机6安装在盾构机后配套的台车上，相对操作空间宽阔，而且工作人员时常在台车上进行各项操作，破碎机6安装在台车上，可便于作业人员及时发现问题，进行相应的检修保养，提高整个环流系统运行的效率。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，其特征在于：包括第一管和第二管，所述第一管上安装有破碎机，所述破碎机的两端并联有直通管，所述直通管上安装有直通阀，所述第二管中安装有采石箱，所述第一管和第二管之间布置有环流切换阀组，将破碎机安装在盾构机后配套的1号台车的送泥管段上，破碎机安装在第一管的土仓入口前，将破碎机的进浆口面向土仓的方向，出浆口背向土仓的方向，所述破碎机两端分别布置有一个控制阀，所述控制阀位于破碎机所在的支路，所述环流切换阀组包括第三管、第四管、第一阀和第二阀，所述第三管的A端与第一管连接，第三管的B端与第二管连接，所述第四管的C端与第一管连接，所述第四管的D端与第二管连接，所述第一阀布置在第三管的A端和第四管的C端之间，所述第二阀布置在第三管的B端和第四管的D端之间，所述第三管上安装有第三阀，所述第四管上安装有第四阀。

2.根据权利要求1所述的配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，其特征在于：所述采石箱上设置有小口端和大口端，所述小口端靠近第二阀，所述大口段远离第二阀。

3.根据权利要求1或2所述的配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，其特征在于：所述直通阀、第一阀和第二阀开启，第三阀、第四阀和破碎机两侧的控制阀关闭时，所述第一管和直通管构成正循环送泥管路，所述第二管和采石箱构成正循环排泥管路。

4.根据权利要求1或2所述的配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，其特征在于：所述第三阀、第四阀和破碎机两侧的控制阀开启，第一阀、第二阀和直通阀关闭时，所述第一管、破碎机、第四管和第二管构成逆循环排泥管路，所述第一管、第三管、采石箱和第二管构成逆循环排泥管路。

5.根据权利要求1或2所述的配置破碎机和采石箱的正逆循环掘进系统，其特征在于：所述第三阀、第四阀和直通阀开启，第一阀、第二阀和破碎机两侧的控制阀关闭时，所述第一管、直通管、第四管和第二管构成不带破碎机的逆循环排泥管路，所述第一管、第三管、采石箱和第二管构成逆循环排泥管路。

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