CN110486026A - 一种土仓压力控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种土仓压力控制系统，包括土仓，土仓与保压组件连通，所述的土仓与泄压管连通，泄压管与转运装置连通，泄压管上设有泄压阀，泄压阀通过压力变送器I控制，压力变送器I检测土仓内压力。本发明的优点：公开了一种能够对土仓压力进行闭环调节的压力调节系统，在原来的保压进气系统的基础上，增加一套自动控制的排气、排水、排渣系统，通过两个系统匹配闭环控制，对土仓压力的偏差值进行及时调整，确保掌子面和地层的稳定性。增加的自动排气、排水、排渣控制系统，采用高精度传感器和比例控制阀调节夹管阀的开启压力。而夹管阀本身开启压力可调性好，且易通过大颗粒，抗堵塞好，非常适用于土压平衡盾构的压力调节。
Description
技术领域
本发明涉及封闭式盾构开挖腔的压力调节技术，特别是指一种土仓压力控制系统。
背景技术
土压平衡式盾构机适用于粘土、砂土以及软硬不均的复合地层，具有掘进效率高、施工成本低等特点。众所周知，土压平衡式盾构机工作过程中通过向土仓加压的方法来平衡掌子面一侧的土压和水压，以此保持掌子面和地层的稳定。如一项名为“盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺（申请号：2013107537376）”的发明专利，即公开了一种土压盾构机的保压方法。
由于土压盾构的特殊工况，保压系统无法通过泥水，无法泄压，因此土压盾构的保压技术只是开环控制。具体表现为土仓压力低于设定值时，进气加压；而高于设定值时则无法有效调节，只能通过掘进参数来调整水土压力，造成土仓压力的不稳定。而且在富水地层掘进时，螺机喷涌可能造成土仓压力波动很大，引起地层失稳，给施工带来严重的安全隐患。
发明内容
本发明提出一种土仓压力控制系统，解决了现有土仓压力控制不稳定的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种土仓压力控制系统，包括土仓，土仓与保压组件连通，所述的土仓与泄压管连通，泄压管与转运装置连通，泄压管上设有泄压阀，泄压阀通过压力变送器I控制，压力变送器I检测土仓内压力。
所述的泄压管上设有手动球阀，手动球阀位于泄压阀前端。
所述的泄压阀为夹管阀，压力变送器I将信号反馈至电磁调节阀，压缩空气经过电磁调节阀为夹管阀提供动力。
所述的转运装置为皮带机或污水管。
所述的压力变送器I为保压组件中的压力变送器。
所述的保压组件包括保压管，土仓与保压管连通，保压管与压缩空气连通，保压管上设有单座调节阀，单座调节阀通过PI控制器控制，压力变送器II将信号反馈至PI控制器，压力变送器II检测土仓压力，压力变送器II、PI控制器和单座调节阀均通过压缩空气提供动力。
所述的压缩空气经过气源处理元件为压力变送器II、PI控制器和单座调节阀提供动力。
本发明的优点：公开了一种能够对土仓压力进行闭环调节的压力调节系统，在原来的保压进气系统的基础上，增加一套自动控制的排气、排水、排渣系统，通过两个系统匹配闭环控制，对土仓压力的偏差值进行及时调整，确保掌子面和地层的稳定性。增加的自动排气、排水、排渣控制系统，采用高精度传感器和比例控制阀调节夹管阀的开启压力。而夹管阀本身开启压力可调性好，且易通过大颗粒，抗堵塞好，非常适用于土压平衡盾构的压力调节。
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-压力变送器I，2-手动球阀，3-电磁调节阀，4-夹管阀，5-压力变送器II，6-PI控制器，7-气源处理元件，8-单座调节阀，9-保压管，10-卸压管，11-皮带机，12-污水管。
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。
如图1所示，一种土仓压力控制系统，包括土仓，土仓与泄压管10连通，泄压管10上设有手动球阀2和泄压阀，手动球阀2位于泄压阀前端，通过球阀手动控制土仓的卸压与否。泄压阀为夹管阀4，压力变送器I1检测土仓内压力，压力变送器I1将信号反馈至电磁调节阀3，压缩空气经过电磁调节阀3为夹管阀4提供动力，即电磁调节阀根据土仓压力控制压缩空气的气量，从而控制夹管阀的开合程度。泄压管10与转运装置连通，转运装置为皮带机11或污水管12，需要根据现场地质选择。压力变送器I1为单独的压力变送器或保压组件中的压力变送器。
土仓与保压组件连通，在土仓内压力低于设定值时，保压组件启动，向土仓内注入压缩空气增压。保压组件包括保压管9，土仓与保压管9连通，保压管9与压缩空气连通，保压管9上设有单座调节阀8，单座调节阀8通过PI控制器6控制，压力变送器II5将信号反馈至PI控制器6，压力变送器II5检测土仓压力，压缩空气经过气源处理元件7进行过滤减压后，为压力变送器II5、PI控制器6和单座调节阀8提供动力。
本发明可以实现以下几个功能：
一、在盾构机正常掘进过程中，压力变送器II对土仓压力进行实时监测，将压力信号转换为标准的气压信号并送往PI控制器，PI控制器把变送器送来的测量值与设定值进行比较得出偏差，根据偏差大小及变化趋势，按PI控制规律进行运算后，向单座调节阀输出控制信号，调节阀内置的定位器对调节器输出的控制信号和从调节阀来的阀门信号进行比较，从而保证阀门位置按照调节器发出的控制信号正确定位。此过程实现对土仓进行自动进气加压调节。
二、在盾构机土仓隔板上安装另一压力变送器I，将土仓压力信号转换为实时的电压信号，该信号输送至电磁调节阀，变送器送来的测量值与设定值进行比较得出偏差，根据偏差大小及变化趋势，按PI控制规律进行运算后，输出控制信号，该控制信号可对夹管阀的控制气源进行调节，进而调节夹管阀的开度，实现对土仓压力的卸载。
三、在富含地下水的施工区间，可通过夹管阀对土层内不断涌出的地下水进行置换。通过隔板上的通道向土仓输入密度较大的渣土改良剂，此时土仓上层的污水可通过手动球阀、夹管阀排泄至后配套皮带机或者外接污水管道。此可以减少隧道喷涌，稳定土仓压力，提供施工效率。
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 (7)
1.一种土仓压力控制系统，包括土仓，土仓与保压组件连通，其特征在于：所述的土仓与泄压管（10）连通，泄压管（10）与转运装置连通，泄压管（10）上设有泄压阀，泄压阀通过压力变送器I（1）控制，压力变送器I（1）检测土仓内压力。
2.根据权利要求1所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的泄压管（10）上设有手动球阀（2），手动球阀（2）位于泄压阀前端。
3.根据权利要求1所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的泄压阀为夹管阀（4），压力变送器I（1）将信号反馈至电磁调节阀（3），压缩空气经过电磁调节阀（3）为夹管阀（4）提供动力。
4.根据权利要求1所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的转运装置为皮带机（11）或污水管（12）。
5.根据权利要求1至4任一所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的压力变送器I（1）为保压组件中的压力变送器。
6.根据权利要求1所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的保压组件包括保压管（9），土仓与保压管（9）连通，保压管（9）与压缩空气连通，保压管（9）上设有单座调节阀（8），单座调节阀（8）通过PI控制器（6）控制，压力变送器II（5）将信号反馈至PI控制器（6），压力变送器II（5）检测土仓压力，压力变送器II（5）、PI控制器（6）和单座调节阀（8）均通过压缩空气提供动力。
7.根据权利要求6所述的土仓压力控制系统，其特征在于：所述的压缩空气经过气源处理元件（7）为压力变送器II（5）、PI控制器（6）和单座调节阀（8）提供动力。
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