CN110500101A - 一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法，处理装置包括气体检测装置，气体检测装置包括滤网、进水管、第一阀门、第二阀门、存储箱、气体传感器和第三阀门；连接管路的前端设置滤网，连接管路与进水管连通；进水管上设置第一阀门，连接管路上设置第二阀门，连接管路与存储箱连接；存储箱的底部连接出水管，出水管上设置第三阀门；存储箱还连接设置有气体传感器的检测管路。本发明能够对有害气体检测，保证施工的安全性。滤网可以将土颗粒挡在外面，只让水和气体进入存储箱，起到过滤效果。设置存储箱，起到一个缓冲的作用，只让气体进入到气体传感器，保证良好的检测效果。存储箱的底部设置出水管，可以将水等介质排出。

Description

一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法，能够对有害气体进行检测。

背景技术

土压平衡盾构由于工作井占地面积小、施工进度快、设备成本低、安全性高等多种优点广泛应用于隧道施工，并有全部取代传统暗挖法隧道的趋势。在土压平衡盾构施工过程中，由于地下环境复杂，往往存在一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、瓦斯等有害气体，虽然目前有这些有害气体的检测方法，但是并没有与土压平衡盾构结合，因此，盾构过程中还是难免受到有害气体的影响，特别是瓦斯。在高瓦斯地层中现今还普遍采用暗挖法施工。

由于盾构机内电器设备太多、很难设计成全防爆，导致在有瓦斯地层和可能有瓦斯地层中是否选用盾构机施工一直是大家讨论的焦点。瓦斯爆炸必须同时具备三个基本条件：一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％；二是混合气体中氧的浓度不低于12％；三是有足够能量的高温火源，一般为650℃～750℃。瓦斯防爆目标基本是控制条件一和条件三。

土压平衡盾构土舱内充满渣土，从刀盘刀具开挖原状土至螺旋输送机出渣口之间由于被改良的渣土填充，温度不会达到瓦斯爆炸温度。重点是随着渣土改良后的渣土一起到达螺旋输送机出渣口的瓦斯气体如果浓度高，附近又存在大量的无防爆功能的电气设备，很容易造成瓦斯爆炸。在有或可能有瓦斯地层大量采用土压平衡盾构施工的前提条件是能够有效检测瓦斯浓度，将瓦斯浓度控制在安全浓度范围内(瓦斯浓度防爆安全系数最好为10以下)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置及处理方法，能够对盾构施工过程中的有害气体进行检测，保证施工的安全。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，包括气体检测装置，气体检测装置包括滤网、进水管、第一阀门、第二阀门、存储箱、气体传感器和第三阀门；

连接管路的前端设置滤网，连接管路与进水管连通；进水管上设置第一阀门，连接管路上设置第二阀门，连接管路与存储箱连接；存储箱的底部连接出水管，出水管上设置第三阀门；存储箱还连接设置有气体传感器的检测管路。

作为优选方式，气体检测装置设置两个，其为结构一致的第一气体检测装置和第二气体检测装置；第一气体检测装置与土舱上部连接；第二气体检测装置设置在螺旋输送机上。

作为优选方式，连接管路与存储箱的上部连接。

作为优选方式，检测管路的进口也设置在存储箱的上部。

作为优选方式，第一气体检测装置的滤网安装在土压平衡盾构的土舱隔板上。

作为优选方式，连接管路上设置第一截止阀，第一截止阀靠近土压平衡盾构的土舱隔板，且位于连接管路与进水管的连接节点之前。

作为优选方式，第二阀门靠近存储箱，且位于连接管路与进水管的连接节点之后。

作为优选方式，存储箱上安装气压传感器。

作为优选方式，检测管路上设置抽气泵。

作为优选方式，存储箱上安装液位计。

作为优选方式，液位计包括第一液位计和第二液位计，第一液位计设置在第二液位计上方。

作为优选方式，它还包括加气装置，加气装置用于给土舱加气。

作为优选方式，加气装置包括加气管道以及加气管道上设置的第二截止阀、第四阀门和气体流量计。

一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置的处理方法：

当盾构正常推进时，第一截止阀和第二阀门打开，第一阀门和第三阀门关闭，土舱内渣土中的水和气体经滤网(滤气钢板网，滤气钢板将土颗粒挡在土舱内，水和气体通过滤气钢板网)、第一截止阀、第二阀门进入存储箱；

存储箱上部为混合气体，随着盾构推进，混合气体供给气体传感器(瓦斯传感器)，经气体传感器测量有害气体浓度值。

本发明的有益效果是：本发明设计一种应用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，主要起到对有害气体的检测，保证施工的安全性。另外，设置滤网，可以将土颗粒挡在外面，只让水和气体进入存储箱，起到过滤效果。设置存储箱，起到一个缓冲的作用，可以过滤到水等介质，只让气体进入到气体传感器，保证良好的检测效果。存储箱的底部设置出水管，可以将水等介质排出。

附图说明

图1为土压平衡盾构有害气体检测与加气装置示意图；

图2为有害气体检测装置结构图；

图3为加气装置结构图；

图中，1-刀盘，2-土舱，3-前盾，4-第一气体检测装置，5-第一加气装置，6-中盾，7-推进油缸，8-铰接密封，9-盾尾，10-拼装机，11-盾尾密封，12-管片，13-管片接缝，14-螺旋输送机，15-螺旋输送机闸门，16-螺旋输送机出渣口，17-皮带机，18-第二气体检测装置，19-第二加气装置，20-滤气钢板网，21-第一截止阀，22-进水管，23-第一阀门，24-第二阀门，25-气压传感器，26-存储箱，27-微型抽气泵，28-瓦斯传感器，29-第一液位计，30-第二液位计，31-第三阀门，32-土舱隔板，33-第二截止阀，34-第四阀门，35-气体流量计,36-进气口。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1和图2所示，土压平衡盾构包括刀盘1、前盾3、中盾6、盾尾9、拼装机10、推进油缸7、管片12以及设置在螺旋输送机出渣口16下方的皮带机17等，本发明的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，包括气体检测装置，气体检测装置包括滤网、进水管22、第一阀门23、第二阀门24、存储箱26、气体传感器和第三阀门31；

连接管路的前端设置滤网，连接管路与进水管22连通；进水管22上设置第一阀门23，连接管路上设置第二阀门24，连接管路与存储箱26连接；存储箱26的底部连接出水管，出水管上设置第三阀门31；存储箱26还连接设置有气体传感器的检测管路。

本发明的气体检测装置适用于土压平衡盾构，由于装置结构巧妙，可以安装在盾构存在气体的位置。整个装置的结构经过精心设置，并不是单一的气体传感器，因此，检测精度更高，适合存在大量泥浆、混合气体的隧道施工环境。

本发明的气体传感器可以选用检测一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、瓦斯等有害气体的传感器，其中，瓦斯发生爆炸后危害性较大，气体传感器可以选用瓦斯传感器28。

本发明的存储箱26可以起到缓冲的作用，在存储箱26中，上部大部分是混合气体，较重的水等介质沉到存储箱26底，可以保证气体检测的有效性。另外，滤网可以采用滤气钢板网20，滤气钢板将土颗粒挡在土舱2或其他含有混合气体的空间内，水和气体通过滤气钢板网20，过滤效果好。

另外，为了避免气体检测装置的管内积水，可以将存储箱26两侧连接管路和检测管路设置成倾斜结构。连接管路和检测管路朝着存储箱26的方向向下倾斜，效果更佳。

实施例二

土压平衡盾构在施工过程中瓦斯等有害气体进入隧道的主要位置有：螺旋输送机出渣口16、铰接密封8、盾尾密封11、管片接缝13。铰接密封8、盾尾9密封、管片接缝13由于都采用了密封装置，密封装置未损坏的前提下，瓦斯等有害气体渗入量基本可以忽略不计。因此，螺旋输送机14，特别是其出渣口随着渣土的输出容易携带出大量的有害气体，比如瓦斯。另外，在盾构的土舱2中，土舱2的上部容易存在大量的混合气体。针对这个现象，本发明对于检测的位置进行了优化。

气体检测装置包括结构一致的第一气体检测装置4和第二气体检测装置18，即第一气体检测装置4和第二气体检测装置18的结构都和以上描述的气体检测装置结构一致；第一气体检测装置4与土舱2上部连接，用于检测土舱2上部的有害气体；第二气体检测装置18设置在螺旋输送机14上，用于检测螺旋输送机14内渣土里的有害气体。第二气体检测装置18的滤网安装在螺旋输送机14的中部或者尾部。第一气体检测装置4的滤网安装在土压平衡盾构的土舱隔板32上。

实施例三

对于第一气体检测装置4和第二气体检测装置18，还作了如下设置：

连接管路与存储箱26的上部连接，利用介质重力的作用，形成自然分层，泥水等较重的介质沉到存储箱26底部，混合气体自然浮在存储箱26的上部。检测管路的进口也设置在存储箱26的上部，便于混合气体进入检测管路。

连接管路上设置第一截止阀21，第一截止阀21靠近土压平衡盾构的土舱隔板32，且位于连接管路与进水管22的连接节点之前。

第二阀门24靠近存储箱26，且位于连接管路与进水管22的连接节点之后。存储箱26上安装气压传感器25。检测管路上设置抽气泵，比如微型抽气泵27。存储箱26上安装液位计。液位计包括第一液位计29和第二液位计30，第一液位计29设置在第二液位计30上方。

存储箱26内顶安装有气压传感器25，当气压传感器25测量气压值低于0时(说明滤气钢板网20堵塞)，依次将抽气泵停止，第二阀门24关闭，第一阀门23打开，盾构机内压力水经进水管22的进水口、第一截止阀21对滤网的网孔进行冲洗，冲洗约几秒(5秒)后依次将第一阀门23关闭，第二阀门24打开，然后启动抽气泵继续测量瓦斯浓度。当对有害气体检测装置进行维修等工作时，关闭第一截止阀21。

实施例四

本发明的处理装置除了对有害气体进行检测处理，还根据检测到的有害气体浓度，判断是否需要加气，稀释有害气体的浓度，起到防爆等作用。因此，处理装置还包括加气装置(包括第一加气装置5和第二加气装置19，两套加气装置的结构一致)，加气装置用于给土舱2加气。当土舱2上部的有害气体浓度较高，对土舱2的上部加气；当螺旋输送机14上检测到有害气体浓度偏高，对土舱2的下部加气。如图3所示，加气装置包括加气管道以及加气管道上设置的第二截止阀33、第四阀门34和气体流量计35。

本发明的第一阀门23、第二阀门24、第三阀门31和第四阀门34都可以采用电动阀或者电动开关调节阀。这样设置的好处是，可以在远处开关阀门，调节气体流量，操作更加及时、方便。

加气装置的工作原理：第二截止阀33处于打开状态，第四电动阀打开，有压气体经进气口36、气体流量计35、第四电动阀、第二截止阀33、前盾3隔板开口进入土舱2，与土舱2内的渣土相混合，稀释土舱2内渣土有害气体(比如瓦斯)浓度。当有害气体检测装置中的气体传感器(瓦斯传感器28)测量浓度大于有害气体(瓦斯)安全浓度时，继续加大第四电动阀的开度，增加加气量。当测量的有害气体(瓦斯)浓度小于有害气体(瓦斯)安全浓度时，调小第四电动阀的开度，降低加气量。通过气体流量计35可实时观察加气流量。第一加气装置5和第二加气装置19工作原理相同，只是第二加气装置19距离螺旋输送机14更近，对进入螺旋输送机14瓦斯稀释作用更直接、有效。

实施例五

一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置的处理方法：

当盾构正常推进时，第一截止阀21和第二阀门24打开，第一阀门23和第三阀门31关闭，土舱2内渣土中的水和气体经滤网(滤气钢板网20，滤气钢板将土颗粒挡在土舱2内，水和气体通过滤气钢板网20)、第一截止阀21、第二阀门24进入存储箱26。当水位或液位高于第一液位计29时，第三阀门31打开放水或者液体介质，当水位或液位低于第二液位计30时，第三阀门31关闭，保证水位或者液位一直处于第一液位计29和第二液位计30之间；

存储箱26上部为混合气体，随着盾构推进，微型抽气泵27不停抽取存储箱26中的气体供给气体传感器(瓦斯传感器28)，经气体传感器测量有害气体浓度值。获取的有害气体浓度值给操作人员提供下一步操作的依据(比如向土舱2加入无害的气体)，保证施工的安全。有害气体浓度值可以在盾构操作室直接显示并传给程序控制中心。

第一气体检测装置4和第二气体检测装置18的处理方式都是对有害气体进行检测，不同之处在于其检测的位置不同。

存储箱26内顶安装有气压传感器25，当气压传感器25测量气压值低于0时(说明滤气钢板网20堵塞)，依次将抽气泵停止，第二阀门24关闭，第一阀门23打开，盾构机内压力水经进水管22的进水口、第一截止阀21对滤网的网孔进行冲洗，冲洗约几秒(5秒)后依次将第一阀门23关闭，第二阀门24打开，然后启动抽气泵继续测量有害气体浓度。当对有害气体检测装置进行维修等工作时，关闭第一截止阀21。

盾构机内土舱隔板32和螺旋输送机14附近各安装1套瓦斯检测装置(有害气体检测装置为瓦斯检测装置，即将气体传感器设置为瓦斯传感器28，用于检测瓦斯浓度)。土舱隔板32上部和下部附近各安装1套加气装置。本发明设定瓦斯安全浓度1和瓦斯安全浓度2。瓦斯安全浓度1<瓦斯安全浓度2<瓦斯爆炸浓度。在盾构机掘进同时分别对土舱2和螺旋输送机14渣土内气体的瓦斯浓度进行实时检测，当土舱2或螺旋输送机14渣土内气体的瓦斯浓度大于瓦斯安全浓度1时，同时开启2套加气装置，向土舱2内加入空气，充分稀释土舱2内瓦斯气体浓度，确保土舱2或螺旋输送机14渣土内气体的瓦斯浓度低于瓦斯安全浓度1。当土舱2或螺旋输送机14渣土内气体的瓦斯浓度大于瓦斯安全浓度2时，盾构停止掘进，关闭螺旋输送机闸门15，然后采取加大加气装置进气量，确保土舱2或螺旋输送机出渣口16渣土溢出的气体瓦斯浓度低于瓦斯安全浓度1,再开启螺旋输送机，盾构继续掘进。最后对进入盾构机内的瓦斯气体再次进行通风稀释、自动检测和人工检测等方法，确保施工安全。

本发明采用独立的2套瓦斯检测装置和2套加气装置，提高了瓦斯检测与加气的效率，防止由于设备出故障造成异常情况发生。瓦斯检测装置和加气装置要有一定距离，比如至少间隔50cm。

本发明实时检测盾构土舱2或者螺旋输送机14内瓦斯气体浓度并通过注入空气稀释，无论盾构开挖面原状土中瓦斯浓度多高和瓦斯含量多大，通过注入空气都可以将瓦斯浓度稀释到要求的瓦斯安全浓度2以下。因此土压平衡盾构安装此瓦斯检测装置(有害气体检测装置)与加气装置并在盾构掘进过程中同步使用，可有效降低瓦斯爆炸风险。此发明适用于土压平衡盾构掘进无瓦斯、低瓦斯、高瓦斯以及瓦斯突出各个地层，具有较大的推广前景。

综上所述，本发明用于对有害气体进行处理，以上重点举例的是瓦斯，也可以将瓦斯传感器28更改为一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等有毒有害气体传感器，并可以通过加气装置对有害气体进行稀释，确保盾构施工安全。

本发明提供一种土压平衡盾构土舱2和/或螺旋输送机14内有害气体检测装置、加气装置(处理装置)，对于土压平衡盾构土舱2和螺旋输送内渣土的有害气体浓度进行实时检测，当发现渣土内含有有害气体浓度大于安全浓度时，盾构土舱2、螺旋输送机14前端注入空气，稀释渣土内有害气体浓度，确保土舱2和螺旋输送机14内有害气体浓度始终低于安全浓度，确保盾构施工安全。

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，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：包括气体检测装置，气体检测装置包括滤网、进水管、第一阀门、第二阀门、存储箱、气体传感器和第三阀门；

连接管路的前端设置滤网，连接管路与进水管连通；进水管上设置第一阀门，连接管路上设置第二阀门，连接管路与存储箱连接；存储箱的底部连接出水管，出水管上设置第三阀门；存储箱还连接设置有气体传感器的检测管路。

2.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：气体检测装置包括结构一致的第一气体检测装置和第二气体检测装置；第一气体检测装置与土舱上部连接；第二气体检测装置设置在螺旋输送机上。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：检测管路的进口也设置在存储箱的上部。

4.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：第一气体检测装置的滤网安装在土压平衡盾构的土舱隔板上。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：连接管路上设置第一截止阀，第一截止阀靠近土压平衡盾构的土舱隔板，且位于连接管路与进水管的连接节点之前。

6.根据权利要求5所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：第二阀门靠近存储箱，且位于连接管路与进水管的连接节点之后。

7.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：存储箱上安装气压传感器。

8.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：存储箱上安装液位计，液位计包括第一液位计和第二液位计，第一液位计设置在第二液位计上方。

9.根据权利要求1所述的一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置，其特征在于：它还包括加气装置，加气装置用于给土舱加气。

10.一种用于土压平衡盾构的有害气体处理装置的处理方法，其特征在于：

当盾构正常推进时，第一截止阀和第二阀门打开，第一阀门和第三阀门关闭，土舱内渣土中的水和气体经滤网、第一截止阀、第二阀门进入存储箱；

存储箱上部为混合气体，随着盾构推进，混合气体供给气体传感器，经气体传感器测量有害气体浓度值。