CN109113753A - 一种破除刀盘泥饼的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种破除刀盘泥饼的装置和方法。本装置包括浆液外输装置和碎石输入装置，碎石输入装置包括搅拌罐、膨润土罐、泵甲、管道甲和泵乙。本发明方法包括如下步骤：制备泥膜，进行稳压；降低物位高度；确认泥膜；备好碎石浆；启动刀盘；输送碎石浆；输送膨润土；排出多余的膨润土；让刀盘空转；判断泥饼是否清理干净；将多余的膨润土排出，恢复掘进。本发明的优点：结构简单，不需要开仓带压作业，不需要施工竖井，不需要对地层进行加固，泥饼破除效率高，工期较短，投入低，安全性高，操作便捷，具有广泛的推广应用价值和良好的经济适用性。

Description

一种破除刀盘泥饼的装置和方法

技术领域

本发明涉及盾构施工，特别是指一种破除刀盘泥饼的装置和方法。

背景技术

随着经济的发展，科学技术的进步，互联互通的需求，隧道工程和轨道交通得到了爆发式增长，公铁路隧道、越江跨海隧道和城市地铁等工程越来越多，盾构工法在越来越多的工程中推广应用。

盾构工法采用盾构机对隧道进行开挖，要求盾构机对地层有一定的适应性。在隧道开挖中，盾构机在淤泥质黏土、粉质粘土、泥岩等等复杂地层开挖时，刀盘表面极易粘附粘土，不及时清理，容易将刀盘糊死，日积月累在刀盘表面形成一层厚厚的泥饼，使刀具刀盘失去了开挖的能力，极大地降低了贯入度，严重影响盾构掘进效率。

盾构刀盘结泥饼，刀盘刀具无法继续切削土地，盾构机的推力、扭矩和温度等参数都会升高，出渣量明显减少，盾构的开挖能力将大打折扣。面对这种工况，必须破除盾构机刀盘的泥饼，才能使刀盘具有正常的开挖能力，确保正常施工，安全掘进。

在现有的工程应用中，针对刀盘结泥饼的难题，也摸索出很多处理方法。轻微的结泥饼现象，主要采用注入泡沫剂、分散剂等液体对结泥饼的刀盘进行浸泡，浸泡一段时间后再高速旋转刀盘，通过离心力将泥饼甩开。

对于结泥饼严重的情况，需要工人带压进仓，对刀盘上的泥饼进行破除清理。带压进仓需要复杂的装备工作，例如制泥膜，降低泥水仓液位或者降低土仓的高度等。工人带压进仓利用液压镐、风镐等工具对泥饼进行破除清理，工人劳动强度很大，风险很高，同时面临掌子面坍塌的风险；对于极不稳定地层还需要对掌子面进行注浆加固，以降低开仓破除的风险。对于极其复杂及不稳定的地层，很难开仓带压破除泥饼，甚至花费高额费用在盾构机刀盘前面施工竖井，然后工人进入刀盘前面对泥饼进行破除。

在现有施工中，也探索出一些非开仓泥饼破除方法，由于盾构机本身限制和开挖区间段构筑物的影响，没有大范围的推广应用。根据一些非开仓泥饼破除工艺流程推测，其费用相对开仓破除泥饼方法降低很多，但开支依然很大。

泥饼破除方法，一方面工人带压进仓，工人劳动强度很大，风险很高；一方面对于极不稳定地层，需要对掌子面及其周边土体进行加固，投资很大，施工周期长，严重影响掘进而且误工费用较高；另外，一些非开仓泥饼破除方法受多方因素制约，推广应用范围有限。

发明内容

本发明提出一种破除刀盘泥饼的装置和方法，解决了传统泥饼破除风险大，开仓作业工艺复杂、工人劳动强度大、投入成本高、泥饼破除周期长等一系列难题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种破除刀盘泥饼的装置，包括浆液外输装置，还包括碎石输入装置，碎石输入装置包括搅拌罐和膨润土罐，搅拌罐和膨润土罐均与开挖仓连通。

所述的搅拌罐与泵甲连接，泵甲与管道甲连接，膨润土罐与泵乙连接，泵乙与管道乙连接，管道甲和管道乙均伸入开挖仓内。

所述的泵甲和泵乙为输送泵，管道甲和管道乙为输送管道，输送泵与合并管道连接，合并管道分别与搅拌罐、膨润土罐连接，输送泵与输送管道连接，输送管道的伸入端设有碎石浆喷口。

所述的搅拌罐与第三阀门连接，第三阀门与合并管道连接，膨润土罐与第四阀门连接，第四阀门与合并管道连接，输送泵与第二阀门连接，第二阀门与单向阀连接，单向阀与第一阀连接，第一阀与输送管道连接。

所述的单向阀为橡胶柔性止回阀。

所述的碎石浆喷口的过渡段为弯头。

所述的浆液外输装置包括外输管道，外输管道上设有第五阀门。

一种破除刀盘泥饼的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a在开挖仓中，利用膨润土制备泥膜，利用保压系统进行稳压；

b泥膜制备完成，降低开挖仓物位高度；

c确认泥膜是否完好，如泥膜发生破坏，需及时修复；

d在搅拌罐中，充分搅拌碎石和泥浆，备好制得的碎石浆；

e启动刀盘；

f将搅拌罐中碎石浆通过管道输送至开挖仓；

g将膨润土罐中膨润土通过管道输送至开挖仓；

h利用浆液外输装置将开挖仓多余的膨润土输送出去；

i提高刀盘转速，让刀盘空转，并间歇性改变刀盘转向；

j判断泥饼是否清理干净，若泥饼没有被清理干净，继续空转刀盘，直至泥饼被清理干净；

k泥饼被清理干净后，将多余的膨润土浆液通过浆液外输装置排出，然后恢复掘进状态。

所述的步骤f中，打开输送管道上的第一阀门、第二阀门和搅拌罐出口端的第三阀门，关闭膨润土罐出口端的第四阀门，启动输送泵，将碎石浆通过输送管道输送至开挖仓；步骤g中，关闭第三阀门，打开第四阀门，启动输送泵，通过输送管道泵送定量的膨润土；步骤h前，碎石浆和膨润土均输送完毕后，关闭第一阀门；步骤h中，利用外输管道将多余的膨润土输送出去，然后关闭外输管道上的第五阀门。

所述的步骤b中，将物位高度降低至开挖仓高度的1/4~1/3；步骤f中，输送碎石浆至物位高度为开挖仓高度的5/8~6/8。

所述的步骤e中，刀盘转速调整至0.4~0.6r/min；步骤j中，刀盘空转转速为1.5~2r/min。

所述的步骤f和步骤g顺序对调。

所述的步骤j中，通过盾构机搭载的摄像头或者试推进查看盾构机是否具有正常的掘进参数，判断泥饼是否清理干净。

本发明的优点：该装置结构简单，盾构机自身搭载的设备基本能满足要求；不需要开仓带压作业，极大地避免了开仓带压作业引发的风险，避免了开仓作业的复杂流程，降低了工人的劳动强度，改善了工人的劳动环境；不需要施工竖井，缩短了泥饼破除时间；不需要对地层进行加固，避免了高额费用，也极大地缩短了工期；泥饼破除效率高，工期较短，投入低，安全性高，操作便捷，具有广泛的推广应用价值和良好的经济适用性。

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为本发明结构示意图。

图中：1.刀盘，2.土体，3.盾壳，4.管片，5.碎石浆，6.碎石浆喷口，7.输送管道，8.第一阀门，9.单向阀，10.第二阀门，11.输送泵，12.第三阀门，13.第四阀门，14.搅拌罐，15.膨润土罐，16.外输管道，17.第五阀门。

具体实施方式

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付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。

实施例1

如图1所示，一种破除刀盘泥饼的装置，本装置应用在盾构机上，现有盾构机结构包括盾壳3，盾壳3的前端为设有刀盘的开挖仓，盾壳3的后端支护管片4，本装置包括伸入开挖仓内的碎石输入装置和浆液外输装置，碎石输入装置包括碎石浆喷口6、输送管道7、第一阀门8、单向阀9、第二阀门10、输送泵11，碎石浆喷口6过渡段设有弯头，输送泵11的进口通过合并管道与搅拌罐14和膨润土罐15相联通，单向阀9安装在第一阀门8和第二阀门10之间，单向阀9为橡胶柔性止回阀，第二阀门10通过管道与输送泵11相连，搅拌罐14和合并管道之间安装有第三阀门12，膨润土罐15和合并管道之间安装有第四阀门13，浆液外输装置包括外输管道和第五阀门。

实施例2

如图1所示，一种破除刀盘泥饼的方法，在对土体2的盾构掘进施工中，通过贯入度、推力、扭矩、出渣量、温度等多种因素判断刀盘1是否结泥饼，发现刀盘1结泥饼必须及时处理，利用本方法进行刀盘泥饼破除，方法如下：

a发现刀盘1结泥饼，首先利用膨润土制备泥膜，利用盾构机保压系统进行稳压，防止掌子面出现坍塌。

b泥膜制备完成，降低开挖仓物位高度，将物位高度降低至开挖仓高度的1/4~1/3。

c再次确认泥膜是否完好，泥膜破坏后，需要及时修复。

d在搅拌罐14中，备好碎石和泥浆混合物即碎石浆5，充分搅拌，并符合输送泵11的输送要求。

e启动刀盘1，刀盘1转送调整至0.4~0.6r/min。

f打开第一阀门8、第二阀门10和第三阀门12，关闭第四阀门13，启动输送泵11，将碎石浆5通过管道输送至开挖仓，输送碎石浆5至开挖仓高度的5/8~6/8。

g关闭第三阀门12，打开第四阀门13，利用输送泵11泵送一定量的膨润土，然后停止输送泵11，关闭第一阀门8。

h利用外输管道16将多余的膨润土输送出去，然后关闭第五阀门17。

i提高刀盘1转速，让刀盘1高速空转，空转转速为1.5~2r/min，并间歇性改变刀盘转向，通过碎石浆与刀盘的摩擦作用，以及刀盘自身的离心力，将刀盘上的泥饼破除。

j通过盾构机搭载的摄像头或者试推进看是否具有正常的掘进参数，判断泥饼是否清理干净；若泥饼没有被清理干净，应该继续空转刀盘，直至泥饼被清理干净。

k泥饼被清理干净后，将多余的膨润土浆液通过外输管道16排出，然后恢复掘进状态。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种破除刀盘泥饼的装置，包括浆液外输装置，其特征在于：还包括碎石输入装置，碎石输入装置包括搅拌罐（14）和膨润土罐（15），搅拌罐（14）和膨润土罐（15）均与开挖仓连通。

2.根据权利要求1所述的破除刀盘泥饼的装置，其特征在于：所述的搅拌罐（14）与泵甲连接，泵甲与管道甲连接，膨润土罐（15）与泵乙连接，泵乙与管道乙连接，管道甲和管道乙均伸入开挖仓内。

3.根据权利要求2所述的破除刀盘泥饼的装置，其特征在于：所述的泵甲和泵乙为输送泵（11），管道甲和管道乙为输送管道（7），输送泵（11）与合并管道连接，合并管道分别与搅拌罐（14）、膨润土罐（15）连接，输送泵（11）与输送管道（7）连接，输送管道（7）的伸入端设有碎石浆喷口（6）。

4.根据权利要求3所述的破除刀盘泥饼的装置，其特征在于：所述的搅拌罐（14）与第三阀门（12）连接，第三阀门（12）与合并管道连接，膨润土罐（15）与第四阀门（13）连接，第四阀门（13）与合并管道连接，输送泵（11）与第二阀门（10）连接，第二阀门（10）与单向阀（9）连接，单向阀（9）与第一阀（8）连接，第一阀（8）与输送管道（7）连接。

5.根据权利要求1~4任一所述的破除刀盘泥饼的装置，其特征在于：所述的浆液外输装置包括外输管道（16），外输管道（16）上设有第五阀门（17）。

6.一种破除刀盘泥饼的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a在开挖仓中，利用膨润土制备泥膜，利用保压系统进行稳压；

b泥膜制备完成，降低开挖仓物位高度；

c确认泥膜是否完好，如泥膜发生破坏，需及时修复；

d在搅拌罐中，充分搅拌碎石和泥浆，备好制得的碎石浆；

e启动刀盘；

f将搅拌罐中的碎石浆通过管道输送至开挖仓；

g将膨润土罐中的膨润土通过管道输送至开挖仓；

h利用浆液外输装置将开挖仓多余的膨润土输送出去；

i提高刀盘转速，让刀盘空转，并间歇性改变刀盘转向；

j判断泥饼是否清理干净，若泥饼没有被清理干净，继续空转刀盘，直至泥饼被清理干净；

k泥饼被清理干净后，将多余的膨润土通过浆液外输装置排出，然后恢复掘进状态。

7.根据权利要求6所述的破除刀盘泥饼的方法，其特征在于：所述的步骤f中，打开输送管道上的第一阀门、第二阀门和搅拌罐出口端的第三阀门，关闭膨润土罐出口端的第四阀门，启动输送泵，将碎石浆通过输送管道输送至开挖仓；步骤g中，关闭第三阀门，打开第四阀门，启动输送泵，通过输送管道泵送定量的膨润土；步骤h前，碎石浆和膨润土均输送完毕后，关闭第一阀门；步骤h中，利用外输管道将多余的膨润土输送出去，然后关闭外输管道上的第五阀门。

8.根据权利要求6或7所述的破除刀盘泥饼的方法，其特征在于：所述的步骤b中，将物位高度降低至开挖仓高度的1/4~1/3；步骤f中，输送碎石浆至物位高度为开挖仓高度的5/8~6/8。

9.根据权利要求6或7所述的破除刀盘泥饼的方法，其特征在于：所述的步骤e中，刀盘转速调整至0.4~0.6r/min；步骤j中，刀盘空转转速为1.5~2r/min。

10.根据权利要求6或7所述的破除刀盘泥饼的方法，其特征在于：所述的步骤f和步骤g顺序对调。