CN110439573A - 隧道移动清淤冲洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道移动清淤冲洗装置及方法，它包括台车，台车架设在台车导轨上，并沿着台车导轨移动，台车上设有清淤装置，清淤装置与压力水管连接，用于对泥沙进行冲洗和清淤；还设有排泥系统，排泥系统包括抽吸管、抽吸泵和泥浆处理系统，抽吸管与抽吸泵的进口连接，抽吸泵的出口与泥浆处理系统连接。使用时，台车牵引至清淤地点，设置挡泥板；以清淤钻搅拌，配合水流冲洗形成泥浆，抽吸泵启动，将挡泥板前方的泥浆抽吸至离心筛机内，分离出粒径3mm以上的颗粒物，并排出到运输小车；离心筛机的泥浆通过渣浆泵输送至振动筛，振动筛筛分出80μm以上颗粒物，并排出到运输小车，振动筛的筛下泥浆输送至泥浆箱，处理后作为冲洗用水。

Description

隧道移动清淤冲洗装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道工程施工领域，特别是一种隧道移动清淤冲洗装置及方法。

背景技术

在地铁隧道施工领域，盾构法施工已被广泛使用。由于地质灾害、技术措施运用不当、管理不力等原因，盾构法施工中泥沙掩埋隧道、成型隧道坍塌等事故偶有发生。

现阶段，大部分泥沙掩埋隧道、成型隧道坍塌等事故灾后处理一般依靠人工借助小型机具来进行清理，但清理效率较低，人工成本费用高且安全性低。

CN201820261014.2一种具有除水和清淤功能的智慧管廊维护设备，该设备设有吸水单元，但是清淤过程中产生的泥浆输送量大，管路较长，对于长度较长的隧道不太适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道移动清淤冲洗装置及方法，能够以较低的成本和较高的安全性实现隧道清淤，清理的泥浆能够经过处理后运出隧道，避免设置较长的管路，清理过程中的水能够循环使用，大幅减少隧道内的供水和排浆压力，降低能耗。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隧道移动清淤冲洗装置，它包括台车，台车架设在台车导轨上，并沿着台车导轨移动，台车上设有清淤装置，清淤装置与压力水管连接，用于对泥沙进行冲洗和清淤；

还设有排泥系统，排泥系统包括抽吸管、抽吸泵和泥浆处理系统，抽吸管与抽吸泵的进口连接，抽吸泵的出口与泥浆处理系统连接。

优选的方案中，所述的清淤装置为清淤钻，清淤钻的结构为：底座上设有液压马达，液压马达的穿心轴与喷管连接，底座上还设有进水口，进水口通过旋转密封接头与液压马达的穿心轴连通；

喷管的外壁还与多个清淤叶片固定连接。

优选的方案中，在台车的前部还设有挡泥板，挡泥板与隧道的底面和两侧形成密封结构；

抽吸管与挡泥板的前方连通。

优选的方案中，挡泥板的结构包括箱型板，箱型板内为空腔结构，箱型板的前端面设有栅网，抽吸管与箱型板的背面连接，并与空腔结构连通；

在箱型板的两侧和底面设有柔性密封挡板。

优选的方案中，在台车前端还设有机械臂，机械臂的旋转底座与台车的顶部底面固定连接；

机械臂为3~4关节，机械臂的前端设有多个可更换的清淤工具，所述的清淤工具包括清淤钻、挖斗、破碎锤和抽吸管。

优选的方案中，在台车前端还设有渣土提升装置，用于将抽吸管无法处理的渣土提升至台车进行处理。

优选的方案中，还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在隧道外的沉淀池和泥水分离设备。

优选的方案中，还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在台车上的离心筛机，离心筛机的筛上与位于台车内侧通行的运输小车连接，离心筛机的筛下物与振动筛的进口连接，振动筛的下方设有泥浆箱，泥浆箱的出口与运输小车对应，泥浆箱还通过管路与冲洗泵的入口连接。

一种采用上述的隧道移动清淤冲洗装置的方法，包括以下步骤：

S1、台车为门架式台车，利用位于台车内侧的牵引小车或运输小车将台车牵引至清淤地点，设置挡泥板，以阻挡清淤产生的泥浆；

S2、以清淤钻搅拌，配合水流冲洗清淤地点，形成泥浆，抽吸泵启动，将挡泥板前方的泥浆抽吸至离心筛机内，分离出粒径3mm以上的颗粒物，并排出到运输小车；

离心筛机的泥浆通过渣浆泵输送至振动筛，振动筛筛分出80μm以上颗粒物，并排出到运输小车，振动筛的筛下泥浆输送至泥浆箱 ，泥浆箱内的泥浆排出至运输小车，或者排入到清水箱稀释后送入冲洗泵作为冲洗用水。

优选的方案中，在步骤S2中，在清淤过程中碰到大石的情形，将机械臂前端更换成破碎锤，将大石破碎，然后将机械臂前端更换成挖斗，将碎石转运到渣土提升装置上，送入到离心筛机；

在离心筛机的进口设有栅板网，用于去除3cm以上的碎石。

本发明提供的一种隧道移动清淤冲洗装置及方法，通过设置在台车上的清淤装置和排泥装置，并且对排出的泥浆在现场进行处理，从而实现高效率的隧道清淤，并能够提高施工安全性。设置的离心筛机与振动筛的组合，能够在隧道内对泥浆进行处理，分离出对设备影响较大的细砂，处理后的泥浆能够循环用于冲洗清淤，处理后的渣土也便于采用运输小车运输，从而大幅节省输送清水和泥浆的能耗，尤其适用于山区长隧道的清淤施工。设置的机械臂和多种清淤工具，能够应对坍塌形成大石的工况，无需人员现场搬运，大幅提高安全性。设置的挡泥板结构，能够方便地抬高泥浆的水位，避免吸泥过程中空气进入到抽吸管内对泵造成损伤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的整体结构主视示意图。

图2为本发明装置中第一台车的横截面示意图。

图3为本发明装置中第二台车的横截面示意图。

图4为本发明中机械臂安装破碎锤的结构示意图。

图5为本发明中机械臂安装清淤钻的结构示意图。

图6为本发明中清淤钻的结构示意图。

图7为图6的A-A剖视示意图。

图8为本发明装置的俯视示意图。

图9为本发明装置挡泥板的局部结构示意图。

图10为本发明装置的整体结构框图。

图中：第一台车1，机械臂2，挡泥板3，柔性密封挡板31，箱型板32，栅网33，渣土提升装置4，离心筛机5，振动筛6，泥浆箱7，通风管8，抽吸管9，防护顶棚10，抽吸泵11，悬挂小车12，滑轨13，电动葫芦14，行走轮箱15，外部高压水管16，液压站17，发电机18，柴油机19，牵引小车20，第二台车21，小车导轨22，台车导轨23，运输小车24，冲洗泵25，破碎锤26，清淤钻27，进水口271，液压马达272，油口273，喷管274，钻头275，清淤叶片276，旋转密封接头277，底座278，隧道28，清水箱29，挖斗30。

具体实施方式，

实施例1：

如图1~3中，一种隧道移动清淤冲洗装置，它包括台车，台车架设在台车导轨23上，并沿着台车导轨23移动，台车上设有清淤装置，清淤装置与压力水管连接，用于对泥沙进行冲洗和清淤；

优选的如图1中，本例中的台车包括互相连接的第一台车1和第二台车21，由此结构，便于将动力设备与泥浆处理系统分离，以避免互相影响。在隧道28的底部铺设有用于第一台车1和第二台车21行走的台车导轨23。在第一台车1和第二台车21的底部设有多个行走轮箱15，行走轮箱15沿着台车导轨23行走。在第一台车1和第二台车21靠近底部的位置设有滑轨13，滑轨13上设有多个电动葫芦14，该结构用于搬运台车导轨23，以将后方的台车导轨23搬运至前方。本例中所称的前方是指图1中的左侧。第一台车1和第二台车21为门架式结构，在门架中间的隧道28地面还设有小车导轨22，牵引小车20和运输小车24沿着小车导轨22行走。

还设有排泥系统，排泥系统包括抽吸管9、抽吸泵11和泥浆处理系统，抽吸管9与抽吸泵11的进口连接，抽吸泵11的出口与泥浆处理系统连接。由此结构，通过冲洗和抽吸泥浆，能够清理大部分的淤泥。

优选的方案如图5~7中，所述的清淤装置为清淤钻27，清淤钻27的结构为：底座278上设有液压马达272，液压马达272的穿心轴与喷管274连接，底座278上还设有进水口271，进水口271通过旋转密封接头277与液压马达272的穿心轴连通；

喷管274的外壁还与多个清淤叶片276固定连接。由此结构，在冲洗的过程中，旋转的清淤叶片276能够把板结的泥块打碎，加速化为泥浆，以便于抽吸。从而提高清淤效率。本例中的清淤钻27整体成锥形，能够被安装在机械臂2的端头，由机械臂去操作。降低工人的劳动强度。

优选的方案如图、8、9中，在台车的前部还设有挡泥板3，挡泥板3与隧道28的底面和两侧形成密封结构；

抽吸管9与挡泥板3的前方连通。本例的前方是指图1中的左侧。本例中的挡泥板3结构，能够抬高泥浆的水位，避免空气进入到抽吸管9内损坏抽吸泵11。

优选的方案如图9中，挡泥板3的结构包括箱型板32，箱型板32内为空腔结构，箱型板32的前端面设有栅网33，抽吸管9与箱型板32的背面连接，并与空腔结构连通；

在箱型板32的两侧和底面设有柔性密封挡板31。由此结构，可以确保只有泥浆才能进入到抽吸管9内，且布置非常方便。

优选的方案如图1中，在台车前端还设有机械臂2，机械臂2的旋转底座与台车的顶部底面固定连接；机械臂2能够在台车前端左右摆动。

机械臂2为3~4关节，由于隧道内空间较为狭小，因此采用4关节的结构，能够更加灵活，机械臂2的前端设有多个可更换的清淤工具，所述的清淤工具包括清淤钻27、挖斗、破碎锤26和抽吸管9。挖斗为通用的挖泥斗。破碎锤26为液压激振破碎锤。

优选的方案中，在台车前端还设有渣土提升装置4，用于将抽吸管9无法处理的渣土提升至台车进行处理。渣土提升装置4与机械臂2和挖斗配合，能够将渣土快速的清理干净。

优选的方案中，还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在隧道外的沉淀池和泥水分离设备。通过隧洞外的泥浆处理系统处理泥浆适合隧洞深度不长的工况。

优选的方案如图1~3、10中，还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在台车上的离心筛机5，离心筛机5的筛上与位于台车内侧通行的运输小车24连接，离心筛机5的筛下物与振动筛6的进口连接，振动筛6的下方设有泥浆箱7，泥浆箱7的出口与运输小车24对应，泥浆箱7还通过管路与冲洗泵25的入口连接。由此结构，将抽吸的泥浆先经过离心筛机5分离后，再经过振动筛6分离泥浆，这样能够便于将固形物运出，而分离后的泥浆，经过稀释后能够作用冲洗用水。从而减轻了运输压力。优选的，本例中的冲洗泵25和抽吸泵11均采用柱塞泵。优选采用多柱塞泵。

第一台车1和第二台车21的动力有多个方案，其中一个是引入外部电力，由电力驱动各个设备，例如电动葫芦14、渣土提升装置4、离心筛机5、振动筛6、抽吸泵11、冲洗泵25和液压站17。

由于隧道掩埋、坍塌过程中，布置电力供应可能难度较大。另一可选的方案如图10中，在第二台车21上设置柴油机19，柴油机19驱动发电机18工作，发电机18的电力驱动液压站17工作，液压站17驱动机械臂2、抽吸泵11、冲洗泵25、破碎锤26、振动筛6和清淤钻27工作。而由电力驱动渣土提升装置4、电动葫芦、渣浆泵和离心筛机，动力分配的基本原则是尽量采用电力驱动。例如，抽吸泵11、冲洗泵25和振动筛6也可以采用电力驱动。

在第一台车1和第二台车21的顶部还设有防护顶棚10，防护顶棚10由14B工字钢焊接而成防护格栅底部与台车为法兰连接，便于安装及拆除。防护格栅其格栅开口尺寸为825×490mm，施工人员可隔着防护格栅进行切割作业或清淤作业，防护格栅可防止淤积区重物垮塌砸伤人员及设备。

实施例2：

施工时，一种采用上述的隧道移动清淤冲洗装置的方法，包括以下步骤：

S1、将各个设备分别安装在第一台车1和第二台车21上，各个设备之间可靠连接，试车检测。台车为门架式台车，利用位于台车内侧的牵引小车20或运输小车24将台车牵引至清淤地点，在清淤地点设置挡泥板3，挡泥板3的两侧和底面与隧道28形成密封，以阻挡清淤产生的泥浆；第一台车1、第二台车21、运输小车24和牵引小车20的小车导轨22和台车导轨23，可以拆除台车后面的导轨，通过滑轨上的电动葫芦14转运至台车前面施工。

S2、以清淤钻27搅拌，配合水流冲洗清淤地点，形成泥浆，抽吸泵11启动，将挡泥板3前方的泥浆抽吸至离心筛机5内，分离出粒径3mm以上的颗粒物，并排出到运输小车24；离心筛机5是旋转的网状筒体，渣料从离心筛机5的一端进入，另一端输出。离心筛机5具有较高的渣土处理效率。在离心筛机5的进口位置设置有栅板，能够预先拦截大于3cm的颗粒物。

离心筛机5的筛下泥浆通过渣浆泵输送至振动筛6，振动筛6筛分出80μm以上颗粒物，并排出到运输小车24，振动筛6的筛下泥浆输送至泥浆箱7 ，泥浆箱7内的泥浆排出至运输小车24，或者排入到清水箱29稀释后送入冲洗泵25作为冲洗用水。该方案能够大幅节省处理用水，经测算，水的循环率能到达到50%以上。即能够节省一半的清洗用水。

优选的方案中，在步骤S2中，在清淤过程中碰到大石的情形，将机械臂2前端更换成破碎锤26，将大石破碎，然后将机械臂2前端更换成挖斗，将碎石转运到渣土提升装置4上，送入到离心筛机5；

在离心筛机5的进口设有栅板网，用于去除3cm以上的碎石。清除的碎石送入到运输小车24内。本发明的方案在含沙量大于50%的工况中使用效果非常满意。回收的颗粒物能够作为骨料回用。尤其适用于泥沙掩埋隧道、成型隧道坍塌等事故造成的隧道淤积。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的技术特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：它包括台车，台车架设在台车导轨（23）上，并沿着台车导轨（23）移动，台车上设有清淤装置，清淤装置与压力水管连接，用于对泥沙进行冲洗和清淤；

还设有排泥系统，排泥系统包括抽吸管（9）、抽吸泵（11）和泥浆处理系统，抽吸管（9）与抽吸泵（11）的进口连接，抽吸泵（11）的出口与泥浆处理系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：所述的清淤装置为清淤钻（27），清淤钻（27）的结构为：底座（278）上设有液压马达（272），液压马达（272）的穿心轴与喷管（274）连接，底座（278）上还设有进水口（271），进水口（271）通过旋转密封接头（277）与液压马达（272）的穿心轴连通；

喷管（274）的外壁还与多个清淤叶片（276）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：在台车的前部还设有挡泥板（3），挡泥板（3）与隧道（28）的底面和两侧形成密封结构；

抽吸管（9）与挡泥板（3）的前方连通。

4.根据权利要求3所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：挡泥板（3）的结构包括箱型板（32），箱型板（32）内为空腔结构，箱型板（32）的前端面设有栅网（33），抽吸管（9）与箱型板（32）的背面连接，并与空腔结构连通；

在箱型板（32）的两侧和底面设有柔性密封挡板（31）。

5.根据权利要求1或2所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：在台车前端还设有机械臂（2），机械臂（2）的旋转底座与台车的顶部底面固定连接；

机械臂（2）为3~4关节，机械臂（2）的前端设有多个可更换的清淤工具，所述的清淤工具包括清淤钻（27）、挖斗、破碎锤（26）和抽吸管（9）。

6.根据权利要求5所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：在台车前端还设有渣土提升装置（4），用于将抽吸管（9）无法处理的渣土提升至台车进行处理。

7.根据权利要求1、3或6所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在隧道外的沉淀池和泥水分离设备。

8.根据权利要求1、3或6所述的一种隧道移动清淤冲洗装置，其特征是：还设有泥浆处理系统，泥浆处理系统包括设置在台车上的离心筛机（5），离心筛机（5）的筛上与位于台车内侧通行的运输小车（24）连接，离心筛机（5）的筛下物与振动筛（6）的进口连接，振动筛（6）的下方设有泥浆箱（7），泥浆箱（7）的出口与运输小车（24）对应，泥浆箱（7）还通过管路与冲洗泵（25）的入口连接。

9.一种采用权利要求8所述的隧道移动清淤冲洗装置的方法，其特征是包括以下步骤：

S1、台车为门架式台车，利用位于台车内侧的牵引小车（20）或运输小车（24）将台车牵引至清淤地点，设置挡泥板（3），以阻挡清淤产生的泥浆；

S2、以清淤钻（27）搅拌，配合水流冲洗清淤地点，形成泥浆，抽吸泵（11）启动，将挡泥板（3）前方的泥浆抽吸至离心筛机（5）内，分离出粒径3mm以上的颗粒物，并排出到运输小车（24）；

离心筛机（5）的泥浆通过渣浆泵输送至振动筛（6），振动筛（6）筛分出80μm以上颗粒物，并排出到运输小车（24），振动筛（6）的筛下泥浆输送至泥浆箱（7） ，泥浆箱（7）内的泥浆排出至运输小车（24），或者排入到清水箱（29）稀释后送入冲洗泵（25）作为冲洗用水。

10.根据权利要求9所述的一种采用隧道移动清淤冲洗装置的方法，其特征是：在步骤S2中，在清淤过程中碰到大石的情形，将机械臂（2）前端更换成破碎锤（26），将大石破碎，然后将机械臂（2）前端更换成挖斗，将碎石转运到渣土提升装置（4）上，送入到离心筛机（5）；

在离心筛机（5）的进口设有栅板网，用于去除3cm以上的碎石。