CN108316939B - 一种用于地下施工的泵送出土方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地下施工的泵送出土方法，该泵送出土方法包括以下步骤：将泵送出土模组与所述盾构机的螺旋输送机连接；使用所述泵送出土模组的主泵送装置将所述螺旋输送机输出的渣土泵送至所述泵送出土模组的随动管路中；所述随动管路通过伸缩式管路延长装置与所述泵送出土模组的固定管路连接；所述固定管路用于将所述随动管路中的渣土输送至地面；所述固定管路中串联有接力泵送装置。本发明的优点是：泵送出土模组中各个组件之间的耦合较小，控制系统较为简单；泵送系统采用模块化设计，通过调整泵送出土模组可以便捷地对泵送系统进行扩容，无需替换关键设备。

Description

一种用于地下施工的泵送出土方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种用于地下施工的泵送出土方法。

背景技术

在盾构机掘进的过程中会产生大量渣土；为了便于输送渣土，部分盾构施工项目中会采用管道将渣土泵送至地面；泵送运输的方式具有较高的输送效率，可以节省隧道内部的施工空间。现有技术中的泵送运输系统的输送泵通常直接和盾构机的螺旋输送机连接，但是螺旋输送机的出土量通常具有较大的波动；在泵送过程中，输送泵需要频繁地根据螺旋输送机的出土量调节其输送流量，这导致输送泵的控制系统与复杂的盾构机的控制系统之间存在较强的耦合，这使现有技术中的渣土泵送系统难以稳定的工作。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于地下施工的泵送出土方法，该泵送出土方法通过采用缓冲土箱消除了泵送系统中各区段之间的耦合，有效地简化了泵送系统的控制系统，提高了系统的稳定性。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于地下施工的泵送出土方法，所述泵送出土方法包括以下步骤：将泵送出土模组与所述盾构机的螺旋输送机连接；使用所述泵送出土模组的主泵送装置将所述螺旋输送机输出的渣土泵送至所述泵送出土模组的随动管路中；所述随动管路通过伸缩式管路延长装置与所述泵送出土模组的固定管路连接；所述固定管路用于将所述随动管路中的渣土输送至地面；所述固定管路中串联有接力泵送装置。

所述主泵送装置以及所述接力泵送装置均包括缓冲土箱以及输送泵；在泵送过程中，渣土从所述缓冲土箱顶部的渣土入口落入所述缓冲土箱中；所述缓冲土箱上设置有土压计，当所述缓冲土箱内的土压大于预定值时，所述输送泵从所述缓冲土箱的底部抽取渣土。

所述输送泵包括土槽、摆管以及两个液压抽吸装置；所述土槽设置在所述缓冲土箱的底部，与所述缓冲土箱连通并构成一体式结构；所述摆管的一端为所述输送泵的出土口；所述摆管的另一端在两个所述液压抽吸装置之间摆动，并交替地与所述液压抽吸装置的端部进行连接；所述液压抽吸装置用于从所述土槽中抽取渣土，并在所述摆管与之连接时将所述渣土通过所述摆管排出所述输送泵。

在所述盾构机顶进过程中，所述主泵送装置以及所述随动管路与所述盾构机同步运动，位于所述随动管路与所述固定管路之间的所述伸缩式管路延长装置持续伸长。

所述伸缩式管路延长装置包括内套管以及外套管；所述内套管的第一端经由所述外套管的第一端插设在所述外套管的内部；所述内套管的第一端的外侧设置有密封装置以及限位块；所述外套管的第一端安装有环形的限位板以及若干个导向轮，所述限位板与所述限位块相互适配构成限位结构；在所述伸缩式管路延长装置伸长过程中，所述内套管逐渐从所述外套管的第一端抽出，当所述限位块触碰所述限位板时，所述伸缩式管路延长装置达到长度极限。

所述外套管的第二端通过法兰与所述固定管路连接；在所述伸缩式管路延长装置达到长度极限之前，对所述固定管路进行接长；在接长过程中，断开所述外套管第二端与所述固定管路之间的连接，将所述外套管推向所述内套管，使得所述伸缩式管路延长装置收缩，将所述固定管路的新管节连接在所述固定管路的端部以及所述外套管的第二端之间。

所述固定管路上串联有消音装置；所述消音装置包括渣土导管、缓冲管、液压油缸以及蓄能器；所述缓冲管的第一端连接在所述渣土导管的中部，所述缓冲管内部设置有动作活塞，所述缓冲管的第二端安装有用于顶推所述动作活塞的液压油缸；所述液压油缸的后腔通过液压油导管与所述蓄能器连接；所述蓄能器包括壳体以及设置在所述壳体内的气囊，所述壳体与所述液压油导管连通，所述气囊内填充有高压气体。

当所述固定管路中渣土的脉冲冲击力到达所述消音装置后，所述渣土导管中的部分渣土涌入所述缓冲管；涌入的渣土推动所述动作活塞向所述缓冲管的第二端移动，与此同时所述液压油缸持续收缩，所述液压油缸中的后腔中的液压油持续通过所述液压油导管流入所述蓄能器中，所述气囊中的气压逐渐升高直到所述液压油的油压与所述气囊中的气压达到平衡态；在所述固定管路中的渣土压力减弱后，所述气囊将所述液压油从所述蓄能器中挤出，液压油缸在所述液压油的作用下将所述动作活塞推向所述缓冲管的第一端。

所述动作活塞连接有工作确认棒，所述工作确认棒的末端从所述缓冲管的第二端伸出；所述工作确认棒随所述动作活塞同步运动。

所述固定管路上串联有注水装置，在所述固定管路输送所述渣土的过程中，所述注水装置向所述渣土注水。

本发明的优点是：泵送出土模组中各个组件之间的耦合较小，控制系统较为简单；泵送系统采用模块化设计，通过调整泵送出土模组可以便捷地对泵送系统进行扩容，无需替换关键设备。

附图说明

图1为本发明中采用的泵送出土模组的俯视图；

图2为本发明中采用的泵送出土模组的侧视图；

图3为本发明中主泵送装置的侧视图；

图4为本发明中的输送泵的俯视图；

图5为本发明中的输送泵的另一俯视图；

图6为本发明中的伸缩式管路延长装置处于收缩状态时的侧视图；

图7为本发明图6中A-A处的截面视图；

图8为本发明图6中B处的局部放大图；

图9为本发明中的伸缩式管路延长装置处于伸长状态时的侧视图；

图10为本发明中的消音装置的结构示意图；

图11为本发明中的消音装置的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-11，图中标记1-44分别为：泵送出土模组1、主泵送装置2、随动管路3、固定管路4、盾构机5、螺旋输送机6、伸缩式管路延长装置7、消音装置8、接力泵送装置9、缓冲土箱10、输送泵11、土压计12、土槽13、摆管14、液压抽吸装置15a、液压抽吸装置15b、抽吸筒16a、抽吸筒16b、活塞17a、活塞17b、液压油缸18、泄压阀19、检修门20、内套管21、外套管22、密封装置23、限位块24、限位板25、导向轮26、万向轮27、移动支架28、转向支架29、密封环固定片30、密封环31、固定杆32、注水装置33、渣土导管34、缓冲管35、液压油缸36、蓄能器37、动作活塞38、液压油导管39、气囊40、安全阀41、油压计42、液压油收集装置43、工作确认棒44。

实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种用于地下施工的泵送出土方法，该泵送出土方法主要包括以下步骤：将至少一组泵送出土模组1与盾构机5的螺旋输送机6连接；使用泵送出土模组1将螺旋输送机6输出的渣土泵送至地面；泵送出土模组1包括主泵送装置2、随动管路3以及固定管路4；在泵送过程中，主泵送装置2将螺旋输送机6输出的渣土泵送至随动管路3中，随动管路3通过伸缩式管路延长装置7与固定管路4进行连接，固定管路4用于将渣土输送至地面；在固定管路4中串联有至少一组接力泵送装置9。

如图1、2所示，本实施例中，泵送出土模组1的数目为二，然而泵送出土模组1的数目并不限于二，可根据螺旋输送机6的出土量以及泵送出土模组1的泵送能力选择适合的数目（一或者大于二）；本实施例中，通过调整泵送出土模组1的数目来适应不同的工况参数，这样可以在不同的盾构机5中采用相同结构型号的泵送出土模组1，泵送出土模组1中的各种组件可以重复利用，避免工况参数变化时需要更换泵送出土模组1中的各种组件的情况。

如图1、2、3所示，在泵送出土模组1中，主泵送装置2连接在随动管路3与盾构机5的螺旋输送机6之间，主泵送装置2用于将螺旋输送机6输出的渣土泵送至随动管路3中；接力泵送装置9用克服固定管路4的管路阻力，以便实现渣土的远距离泵送。

主泵送装置2以及接力泵送装置9的结构相同；二者的结构如图3、4所示，二者均包括缓冲土箱10以及输送泵11；缓冲土箱10的顶部设置有渣土入口，缓冲土箱10的底部与输送泵11连接；缓冲土箱10上设置有土压计12，土压计12用于检测缓冲土箱10中的土压。

在泵送过程中，渣土从缓冲土箱10顶部的渣土入口落入缓冲土箱10中；当缓冲土箱10内的土压大于预定值时，输送泵11从缓冲土箱10内部抽吸渣土，并将渣土泵送到次级管路中。本实施例采用缓冲土箱10暂存渣土，同时输送泵11根据缓冲土箱10中的土压调节输送泵11的运行参数，使得整个泵送出土模组1可以按照泵送装置的设置位置进行分段控制，同时泵送出土模组1也可以与螺旋输送机6分开控制；各个泵送装置仅需根据其缓冲土箱中的土压调节其泵送参数，使得各个泵送装置运行过程中不必根据整个泵送出土模组1的运行状态调节其输送泵11的运行参数；引入缓冲土箱10，可以有效地减小泵送出土模组1中各个区段的耦合，将复杂的控制系统解耦成简单的子系统。

如图3所示，在主泵送装置2中，缓冲土箱10的渣土入口与螺旋输送机6的出土口连接，输送泵11的出土口与随动管路3连接。

如图1、2所示，在接力泵送装置9中，缓冲土箱10的渣土入口与与上级的固定管路4连接，输送泵11的出土口与次级的固定管路4连接；接力泵送装置9可以解决管路阻力的问题，以便实现渣土的远距离泵送；接力泵送装置9的设置间距可以根据管路的阻力以及渣土的特性参数确定；通过合理地布置接力泵送装置9，可以实现远距离渣土泵送。

如图3、4、5所示，本实施例中，输送泵11为柱塞泵的变体；输送泵11包括土槽13、摆管14以及两个液压抽吸装置15；土槽13设置在缓冲土箱10的底部，与缓冲土箱10连通并构成一体式结构；缓冲土箱10中的渣土可直接落入土槽13内部。

如图3、4、5所示，液压抽吸装置15设置在土槽13的外部，两个液压抽吸装置15平行排列在土槽13的侧面；液压抽吸装置15包括抽吸筒16以及设置在抽吸筒16内部的活塞17，活塞17由液压油缸18驱动；抽吸筒16的端部与土槽13侧壁的开口固定连接，土槽13内部的渣土可经由土槽13侧壁的开口进入抽吸筒16内部。

如图3、4、5所示，摆管14设置在土槽13的内部，摆管14的一端与输送泵11的出土口连接，其另一端紧贴土槽13的内表面；摆管14连接有液压驱动机构（图中未画出），摆管14可在液压驱动机构的驱动下往复运动，并与两个抽吸筒16的端部交替连接。

如图3、4、5所示，输送泵11工作过程中，两个液压抽吸装置15用于交替地从土槽13中抽取渣土，并在摆管14与之连接时，将渣土通过摆管14排出输送泵11；具体的，如图4所示的状态，液压抽吸装置15a的活塞17a正在从土槽13中抽取渣土；与此同时，摆管14连接在另一个液压抽吸装置15b的抽吸筒16b的端部，活塞17b的运动方向与活塞17a的运动方向相反，活塞17b将抽吸筒16b中的渣土推入摆管14中；抽吸筒16b中的渣土排放完成后，摆管14向另一个抽吸筒16a移动，进入图5所示的状态，此时两个液压抽吸装置15的工作状态与图4所示的状态完全相反；输送泵11的工作过程中不停重复上述过程。

如图3所示，在缓冲土箱10的侧面还设置有泄压阀19以及检修门20；当缓冲土箱10内的土压过大时，泄压阀19会开启，将缓冲土箱10内的渣土排出以避免缓冲土箱爆炸；当缓冲土箱10内混入钢筋、碎石等难以排出的异物时，可以打开检修门，取出异物；输送泵11连接有油箱、控制柜以及电动机泵组。

如图1、2所示，在盾构机5顶进的过程中，随动管路3与盾构机5以及螺旋输送机6一同向前移动；为了避免管路整体移动，在随动管路3与固定管路4之间设置伸缩式管路延长装置7；在盾构机5顶进的过程中，伸缩式管路延长装置7持续伸长。

如图6、7、8所示，伸缩式管路延长装置7包括内套管21以及外套管22；内套管21的第一端经由外套管22的第一端插设在外套管22的内部；内套管21的第一端的外侧设置有密封装置23以及限位块24；外套管22的第一端安装有环形的限位板25以及若两个导向轮26，限位板25与限位块24相互适配构成限位结构；导向轮26紧贴内套管21的表面；内套管21的第一端通过法兰与随动管路3连接；外套管22的第二端通过法兰与固定管路4连接。

在伸缩式管路延长装置7伸长的过程中，内套管21逐渐从外套管22中抽出；当限位块24触碰到限位板25时，伸缩式管路延长装置7达到长度极限，无法继续伸长；此时需要对固定管路4进行接长；在接长固定管路4的过程中，首先断开外套管22与固定管路4之间的法兰连接，随后将外套管向内套管21的方向推动，使得伸缩式管路延长装置7收缩；推动完成后将固定管路4的新管节连接在原有的固定管路4的端部以及外套管22的第二端之间；新管节安装完成后伸缩式管路延长装置7的状态如图6所示。

如图6所示，本实施例中，内套管21以及外套管22的下方均设置有移动支架；移动支架28的底部设置有万向轮27；移动支架28的顶部设置有转向支架29；转向支架29通过一根竖向转轴安装在移动支架28的顶部；转向支架29连接在外套管22或内套管21的外侧；在内套管21以及外套管22沿其轴向移动的过程中，移动支架28随之同步运动，通过设置转向支架29可以避免移动支架28与所述内套管21或外套管22的运动方向不一致时，移动支架28对管道施加侧向载荷使得管道变形破损。

如图6、8所示，密封装置23包括密封环固定片30以及若干个密封环31；本实施例中，密封环31的数目为五，密封环固定片30环绕设置在内套管21的外表面，并与内套管21固定连接；各密封环31沿内套管21的轴向分布，并通过固定杆32固定在密封环固定片30的侧面；本实施例中，密封环31的材质为橡胶，密封环31与外套管22的内表面之间存在一定的压密量，使得二者紧密贴合。

如图1、2所示，从前文可知，固定管路4由若干段管节逐节拼接形成；各管节之间通过法兰进行连接；固定管路4包括水平段以及竖向上升段，水平段设置在盾构隧道的内部，竖向上升段设置在盾构隧道末端的竖井中；水平段的一端与伸缩式管路延长装置7连接，其另一端通过消音装置8与竖向上升段连接，竖向上升段的末端延伸至地面；水平段中串联有至少一组注水装置33；注水装置33用于向固定管路4中的渣土注水，使其保持流动性，以便泵送。

如图10、11所示，泵送装置往复动作会产生脉冲冲击力，渣土从固定管路4排出时，在脉冲冲击力的作用下会产生较大的噪音；此外脉冲冲击力还会使得渣土对固定管路的转弯处产生较大的冲击力；为了解决上述问题，本实施例引入了消音装置8；消音装置8包括渣土导管34、缓冲管35、液压油缸36以及蓄能器37；缓冲管35的第一端连接在渣土导管34的中部，缓冲管35内部设置有动作活塞38，缓冲管35的第二端安装有用于顶推所述动作活塞38的液压油缸36；液压油缸36的后腔通过液压油导管39与蓄能器37连接；蓄能器37包括壳体以及设置在壳体内的气囊40，壳体与液压油导管39连通，气囊40内填充有高压气体。

如图10、11所示，渣土导管34串联在固定管路4中，其直径与固定管路4的直径相同；缓冲管35向渣土导管34的入口倾斜，二者之间的夹角在40°至60°之间；渣土导管34作为消音装置8的本体，用于承受冲击力及安装其他部件。

如图10、11所示，当渣土的脉冲冲击力到达消音装置8后，渣土的一部分涌入缓冲管35，渣土的冲击力作用在动作活塞38上，顶推动作活塞38向缓冲管35的第二端，在此过程中渣土的冲击力大大减弱；与此同时位于动作活塞38另一侧的液压油缸36持续收缩，液压油缸36后腔中的液压油持续流出；液压油经由液压油导管39流入蓄能器37内部；在渣土的作用下，蓄能器37中的液压油持续增多，同时液压油持续对气囊40进行压缩；在正常状态下，气囊40中的气压会和液压油缸36中的油压达到平衡状态；随后渣土的压力减弱，气囊40将液压油挤出蓄能器37，液压油缸36在液压油的作用下将动作活塞38推向缓冲管35的第一端，以等待渣土的下一次脉冲冲击。

上述工作状况为消音装置8的正常工作状况，但是当渣土的冲击力过大时，液压油的油压可能会大于蓄能器37以及液压油缸36的承压极限；为了解决这个问题，本实施例中在液压油导管39上设置了安全阀41以及油压计42；安全阀41连接有液压油收集装置43；安全阀41为常闭阀门，当液压油的油压大于安全阈值时安全阀41打开，液压油导管39中多余的液压油流入液压油收集装置43中，以保证消音装置8工作在安全的工况下。

如图10、11所示，为了直观地显示消音装置8在工作过程中的状态，在动作活塞38上安装有工作确认棒44；工作确认棒44的末端从缓冲管35的第二端伸出；在消音装置8工作的过程中，工作确认棒44可以随着动作活塞38往复运动，施工人员可以根据工作确认棒44的运动频率和幅度判断消音装置8的工作状态。

本实施例的有益技术效果为：泵送出土模组中各个组件之间的耦合较小，控制系统较为简单；泵送系统采用模块化设计，通过调整泵送出土模组可以便捷地对泵送系统进行扩容，无需替换关键设备。

Claims (9)

1. 一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于所述泵送出土方法包括以下步骤：将泵送出土模组与盾构机的螺旋输送机连接；使用所述泵送出土模组的主泵送装置将所述螺旋输送机输出的渣土泵送至所述泵送出土模组的随动管路中；所述随动管路通过伸 缩式管路延长装置与所述泵送出土模组的固定管路连接；所述固定管路用于将所述随动管路中的渣土输送至地面；所述固定管路中串联有接力泵送装置；其中，所述主泵送装置以及所述接力泵送装置均包括缓冲土箱以及输送泵；所述输送泵包括土槽、摆管以及两个液压抽吸装置；所述土槽设置在所述缓冲土箱的底部，与所述缓冲土箱连通并构成一体式结构；所述摆管的一端为所述输送泵的出土口；所述摆管的另一端在两个所述液压抽吸装置之间摆动，并交替地与所述液压抽吸装置的端部进行连接；所述液压抽吸装置用于从所述土槽中抽取渣土，并在所述摆管与所述液压抽吸装置连接时将所述渣土通过所述摆管排出所述输送泵。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：在泵送过程中，渣土从所述缓冲土箱顶部的渣土入口落入所述缓冲土箱中；所述缓冲土箱上设置有土压计，当所述缓冲土箱内的土压大于预定值时，所述输送泵从所述缓冲土箱的底部抽取渣土。

3.根据权利要求1所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：在所述盾构机顶进过程中，所述主泵送装置以及所述随动管路与所述盾构机同步运动，位于所述随动管路与所述固定管路之间的所述伸缩式管路延长装置持续伸长。

4.根据权利要求3所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：所述伸缩式管路延长装置包括内套管以及外套管；所述内套管的第一端经由所述外套管的第一端插设在所述外套管的内部；所述内套管的第一端的外侧设置有密封装置以及限位块；所述外套管的第一端安装有环形的限位板以及若干个导向轮，所述限位板与所述限位块相互适配构成限位结构；在所述伸缩式管路延长装置伸长过程中，所述内套管逐渐从所述外套管的第一端抽出，当所述限位块触碰所述限位板时，所述伸缩式管路延长装置达到长度极限。

5. 根据权利要求4所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：所述外套管的第二端通过法兰与所述固定管路连接；在所述伸缩式管路延长装置达到长度极限之前， 对所述固定管路进行接长；在接长过程中，断开所述外套管第二端与所述固定管路之间的连接，将所述外套管推向所述内套管，使得所述伸缩式管路延长装置收缩，将所述固定管路的新管节连接在所述固定管路的端部以及所述外套管的第二端之间。

6.根据权利要求1所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：所述固定管路上串联有消音装置；所述消音装置包括渣土导管、缓冲管、液压油缸以及蓄能器；所述缓冲管的第一端连接在所述渣土导管的中部，所述缓冲管内部设置有动作活塞，所述缓冲管的第二端安装有用于顶推所述动作活塞的液压油缸；所述液压油缸的后腔通过液压油导管与所述蓄能器连接；所述蓄能器包括壳体以及设置在所述壳体内的气囊，所述壳体与所述液压油导管连通，所述气囊内填充有高压气体。

7.根据权利要求6所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：当所述固定管路中渣土的脉冲冲击力到达所述消音装置后，所述渣土导管中的部分渣土涌入所述缓冲管；涌入的渣土推动所述动作活塞向所述缓冲管的第二端移动，与此同时所述液压油缸持续收缩，所述液压油缸中的后腔中的液压油持续通过所述液压油导管流入所述蓄能器中，所述气囊中的气压逐渐升高直到所述液压油的油压与所述气囊中的气压达到平衡态；在所述固定管路中的渣土压力减弱后，所述气囊将所述液压油从所述蓄能器中挤出，液压油缸在所述液压油的作用下将所述动作活塞推向所述缓冲管的第一端。

8.根据权利要求6所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：所述动作活塞连接有工作确认棒，所述工作确认棒的末端从所述缓冲管的第二端伸出；所述工作确认棒随所述动作活塞同步运动。

9.根据权利要求1所述的一种用于地下施工的泵送出土方法，其特征在于：所述固定管路上串联有注水装置，在所述固定管路输送所述渣土的过程中，所述注水装置向所述渣土注水。