CN110671117A - 盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置及防滞排方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构防护设备领域，特别是一种盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置及防滞排方法。旨在解决现有技术中石块粒径过大或者仓底碎石块堆积过多未能及时环流携带出仓而导致掘进泥浆环流出渣系统滞排的问题。本发明包括包括连接逆向冲洗支路的泥浆循环系统，所述泥浆循环系统的干路上安装有进浆泵和排浆泵，所述干路上连接掘进支路，维修保压支路，旁通支路，停机保浆支路，逆向冲洗支路和泥水回收支路。优点在于：极大降低环流出差系统的滞排，易于人工操作。

Description

盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置及防滞排方法

技术领域

本发明涉及盾构防护设备领域，特别是一种盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置及防滞排方法。

背景技术

盾构切削下的基岩碎石块粒径大小主要在于盾构机的推进速度、刀具贯入度、刀盘转速的控制及岩石节理裂隙发育情况。基岩突起段掘进过程中应尽量控制掘进速度，保证掘进速度稳定，形成持续掘进。孤石段掘进时应以刀盘底转速、刀具低贯入度的原则进行施工，以控制切削下的石块粒径。具体刀盘转速及刀具的贯入度应根据实际掘进情况进行优化调整及参数总结，在过程中不断的摸索更优的掘进参数设置。

在盾构孤石段掘进领域，由于开挖面前方存在大量处理后的破碎岩体，掘进过程中在盾构开挖仓仓底会产生大量盾构刀具切削下的碎石块，若石块粒径过大或者仓底碎石块堆积过多未能及时环流携带出仓，会导致掘进泥浆环流出渣系统滞排，进而引发无法正常掘进，控制不好会造成泥仓仓内压力较大波动，对开挖面稳定造成不利影响。盾构孤石段掘进防滞排主要从控制开挖下的石块粒径、优化泥浆性能参数、刀具管理、加强环流、加强仓内冲刷、碎石机二次破碎方面进行预防控制。

但是现有技术中，在盾构设备领域，缺少对孤石掘进段的防滞排设备，影响生产效率。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中石块粒径过大或者仓底碎石块堆积过多未能及时环流携带出仓而导致掘进泥浆环流出渣系统滞排的问题。

本发明的具体方案是：

一种盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，包括连接逆向冲洗支路的泥浆循环系统，所述泥浆循环系统的干路上安装有进浆泵和排浆泵，所述干路上连接掘进支路，所述掘进支路包括并联的泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路；所述泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路上设有各自对应的启闭阀门，所述泥浆门冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部，所述破碎机冲刷支路的出口设置在盾构机内后隔板的底部边缘处，所述格栅内冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部中间，所述逆向冲洗支路的进口设置在前隔板上下部位置，出口设置在后隔板上下部位置，所述刀盘冲刷支路上经由前隔板，后隔板连接于刀盘上；所述泥浆循环系统上还连接有维修保压支路；所述泥浆循环系统上空转调节泥浆流量压力的旁通支路、长时间停机保浆模式下检测并补充泥浆的停机保浆支路和切换所述泥浆循环系统在掘进支路、旁通支路、掘进支路中逆向冲洗支路、保压气罐支路、泥水回收支路运行的对应阀门，所述泥浆循环系统还连接有与停机保浆回路择一启动的泥水回收支路。

具体实施中，所述旁通支路包括设置在干路上、掘进支路前的阀门F30，设置在干路上、掘进支路后的阀门F38，阀门F30和阀门F38间设有连通管，所述连通管上设有阀门F31。

具体实施中，所述逆向冲洗支路包括与进浆泵相连通的逆向进浆管路，逆向进浆管路的出口端设置主排浆口，所述逆向进浆管路上设有阀门F31；所述逆冲洗支路还包括与排浆泵相连通的逆向排浆管路，逆向排浆管路的进口端设置逆循环排浆口，所述逆向排浆管路上设有阀门F39；阀门F30的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，阀门F38的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，以实现阀门F30、F31、F39、F38对旁通支路和逆冲洗支路启闭的转换。

具体实施中，所述维修保压支路包括保压气罐，所述保压气罐的一端连接盾构机的气垫仓，另一端连通干路进而连接进浆泵，所述保压气罐的的进料管和出料管上各安装阀门F10和F9。

具体实施中，所述停机保浆支路包括并联在格栅内冲刷支路上的停机保浆分支管路，所述停机保浆分支管路上设有阀门F8，所述格栅内冲刷支路上对应的安装有阀门F3、F4。

具体实施中，所述泥水回收支路包括进料口连接泥水仓的收浆罐、进料口连接阀门F51前方干路管道的集污腔，所述集污腔的出料口连接所述收浆罐的进料口，所述收浆罐的出料口连接排浆泵，所述泥水回收支路还包括干路两端的短路管路，所述管路管路的一端安装在阀门F51上，另一端安装在阀门F50上，F50处于支路节点的上游，F51处于支路节点汇集后的下游。

具体实施中，所述泥浆门冲刷机构包括前门冲刷口和后门冲刷口。

具体实施中，所述刀盘的面板由全覆盖式耐磨复合钢板制成，刀盘外圈梁后部由全环式合金耐磨块制成，刀盘的面板上设置全面板磨损检测装置。

具体实施中，所述检测装置还包括磨损检测传感器、旋转检测传感器。

本发明还涉及一种防滞排冲刷方法，使用如上述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，包括如下步骤：

（1）布管设阀：之后开启进浆泵和出浆泵实现泥浆循环系统的开启；

（2）根据工作情况控制模式转换：

A.首先开启旁通管路，进入旁通模式，该模式下，根据盾构机的实际工作情况调节进浆泵和排浆泵的转速以控制进浆管和排浆管的流量和压力，同时将隧道内的排浆泵和进浆泵同步调整至对应的流量和转速；

B.旁通模式调节完毕后，调节对应阀门的启闭情况，开启掘进支路，配合盾构刀盘的掘进；

C.当管路内发生堵塞时，调节对应阀门的启闭情况，关闭掘进支路，开启逆冲洗支路，对相关管路和盾构机顶部泥水仓内进行逆向清洗，清理堵块，之后根据工况启闭相关阀门复位至步骤B或停机；

（3）根据工作情况控制停机状态浆液是否回收：E.当盾构机的气垫仓常压作业时，不停机，开启维修保压支路，保压罐调节管道气压；F.当长时间停机时，开启停机保浆支路；G.当长时间停机且需要维修管道时，开启泥水回收支路以放空管道设备归零。

本发明的有益效果在于：

由于受地质条件影响，局部存在风化程度较大节理裂隙较发育的岩体，在刀具切削作用下可能会破碎撑粒径较大的石块。对泥浆门及格栅位置造成堵塞，对于该种情况则应充分利用盾构碎石机，对开挖下的较大粒径石块进行二次破碎。保障碎石块在泥浆环流作用下顺利通过格栅环流到地面；

对于渣土内存在较多碎石块的情况，需采用大流量、高流速进行泥浆环流。保障泥浆环流系统的高效携渣能力。如在环流过程中出现滞排现象，必要时可采取泥浆环流模式中的反循环模式（逆洗）对堆积在仓内范围内碎石块进行冲刷，将堆积的碎石块冲冲击程散装分布，利用环流系统将碎石块环流出仓；

基岩凸起及淤泥地层掘进，东西线盾构机均设计有针对性的高压冲洗系统，包括泥浆门前部冲刷、泥浆门后部冲刷、破碎机前部冲刷、格栅内冲刷、中心块冲刷、面板冲刷等，这些冲刷系统均可通过P0.1、P0.2、P0.3泵实现高压冲刷，可有效的减小渣土滞排的概率，在类似盾构上尚属首次；

泥水循环系统设计有掘进模式、旁通模式、连续逆冲洗模式、维修保压模式、周末保压模式、机内小循环模式等，当主机段管路滞排时，可以利用上述模式的切换来克服管路的堵塞或滞排。

附图说明

图1是本发明泥浆门前部与后部冲刷示意图；

图2是本发明破碎机前部及格栅内部冲刷示意图；

图3是本发明中掘进模式简图；

图4是本发明中旁通模式简图；

图5是本发明中逆冲洗模式简图；

图6是本发明中维修保压模式简图；

图7是本发明中周末保压模式简图；

图8是本发明中管路延伸模式简图；

图9是本发明中常刀具磨损监测示意图；

图10是本发明中前隔板的后视图；

图11是本发明中后隔板的后视图；

图12是气垫仓正视图；

图13是气垫仓后视图；

图14是磨损检测传感器的安装示意图；

图15是旋转检测传感器的安装示意图

图中各部件名称：1.保压气罐；2.收浆罐；3.集污腔；4.信号接收装置；5.刀具；6.磨损检测传感器；7.旋转检测传感器；8泥水仓；9.气垫仓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，参见图1至图8，设计包括连接逆向冲洗支路的泥浆循环系统，泥浆循环系统的干路上安装有进浆泵和排浆泵，干路上连接掘进支路，掘进支路包括并联的泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路；泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路上设有各自对应的启闭阀门，泥浆门冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部，破碎机冲刷支路的出口设置在盾构机内后隔板的底部边缘处，格栅内冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部中间，逆向冲洗支路的进口设置在前隔板上下部位置，出口设置在后隔板上下部位置，刀盘冲刷支路上经由前隔板，后隔板连接于刀盘上；泥浆循环系统上还连接有维修保压支路；泥浆循环系统上空转调节泥浆流量压力的旁通支路、长时间停机保浆模式下检测并补充泥浆的停机保浆支路和切换泥浆循环系统在掘进支路、旁通支路、掘进支路中逆向冲洗支路、保压气罐支路、泥水回收支路运行的对应阀门，泥浆循环系统还连接有与停机保浆回路择一启动的泥水回收支路。

旁通支路包括设置在干路上、掘进支路前的阀门F30，设置在干路上、掘进支路后的阀门F38，阀门F30和阀门F38间设有连通管，连通管上设有阀门F31。

逆向冲洗支路包括与进浆泵相连通的逆向进浆管路，逆向进浆管路的出口端设置主排浆口，逆向进浆管路上设有阀门F31；逆冲洗支路还包括与排浆泵相连通的逆向排浆管路，逆向排浆管路的进口端设置逆循环排浆口，逆向排浆管路上设有阀门F39；阀门F30的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，阀门F38的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，以实现阀门F30、F31、F39、F38对旁通支路和逆冲洗支路启闭的转换。

维修保压支路包括保压气罐，保压气罐的一端连接盾构机的气垫仓，另一端连通干路进而连接进浆泵，保压气罐的的进料管和出料管上各安装阀门F10和F9。

停机保浆支路包括并联在格栅内冲刷支路上的停机保浆分支管路，停机保浆分支管路上设有阀门F8，格栅内冲刷支路上对应的安装有阀门F3、F4。

泥水回收支路包括进料口连接泥水仓的收浆罐、进料口连接阀门F51前方干路管道的集污腔，集污腔的出料口连接收浆罐的进料口，收浆罐的出料口连接排浆泵，泥水回收支路还包括干路两端的短路管路，管路管路的一端安装在阀门F51上，另一端安装在阀门F50上，F50处于支路节点的上游，F51处于支路节点汇集后的下游。

泥浆门冲刷机构包括前门冲刷口和后门冲刷口。

刀盘的面板由全覆盖式耐磨复合钢板制成，刀盘外圈梁后部由全环式合金耐磨块制成，刀盘的面板上设置全面板磨损检测装置。

检测装置还包括磨损检测传感器、旋转检测传感器。实现实时的监控。

刀盘面板由全覆盖式耐磨复合钢板制成，刀盘外圈梁后部由全环式合金耐磨块制成，刀盘面板上设置全面板磨损检测装置。检测装置还包括磨损检测传感器、旋转检测传感器。全面板磨损检测装置包括在每个刀梁面板上的覆盖全半径的磨损检测油道。

本发明还涉及一种防滞排冲刷方法，使用如上述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，包括如下步骤：

（1）布管设阀：之后开启进浆泵和出浆泵实现泥浆循环系统的开启；

（2）根据工作情况控制模式转换：

A.首先开启旁通管路，进入旁通模式，该模式下，根据盾构机的实际工作情况调节进浆泵和排浆泵的转速以控制进浆管和排浆管的流量和压力，同时将隧道内的排浆泵和进浆泵同步调整至对应的流量和转速；

B.旁通模式调节完毕后，调节对应阀门的启闭情况，开启掘进支路，配合盾构刀盘的掘进；

C.当管路内发生堵塞时，调节对应阀门的启闭情况，关闭掘进支路，开启逆冲洗支路，对相关管路和盾构机顶部泥水仓内进行逆向清洗，清理堵块，之后根据工况启闭相关阀门复位至步骤B或停机；

（3）根据工作情况控制停机状态浆液是否回收：E.当盾构机的气垫仓常压作业时，不停机，开启维修保压支路，保压罐调节管道气压；F.当长时间停机时，开启停机保浆支路；G.当长时间停机且需要维修管道时，开启泥水回收支路以放空管道设备归零。

本实施例中，泥水循环系统设计有掘进模式、旁通模式、连续逆冲洗模式、维修保压模式、周末保压模式、机内小循环模式等，当主机段管路滞排时，可以利用上述模式的切换来克服管路的堵塞或滞排。

本实施例中，孤石段盾构掘进，刀具管理至关重要，要密切关注刀具磨损、旋转、异常损坏情况，利用盾构机配置的刀具旋转检测装置、刀具磨损检测装置及盾构掘进参数的变化综合判断刀具情况，及时对因磨损即将超限、损坏、异常磨损的刀具进行更换。

掘进模式需通过旁通模式切换，通过调节进/排浆泵转速调节达到要求的流量和压力，此流量和压力与推进速度和地质条件相适应。掘进模式下，F51、F30开启，干路进料，对应的F11、F 12开启上部冲刷，F20、F21开启泥浆门冲刷支路，F1开启刀盘冲刷支路，F5开启破碎机冲刷，F3和F4开启格栅内冲刷，F32与排浆泵连通，开启F50和F38，开启回流通道。

旁通模式为中间过渡模式，通过调节进浆泵和排浆泵的转速来控制进浆管和排浆管的流量、压力，同时将隧道内的排浆泵/进浆泵同步调整至需要的转速和流量。F30关闭，F31、F38、F50开启，相当于液流空转。

逆冲洗模式需通过旁通模式切换，通过进/排浆液流向的切换对气垫仓底部滞排区域和P2.1 泵前方堵塞管路进行冲洗，该模式可以实现持续冲洗直至堵塞区域疏通。过程中F30和F38关闭，F51、F31、F32开启，反向进流，F37和F50开启，反向出流。

维修保压模式，气垫仓内常压下作业时，通过拖车上的保压气罐维持泥水仓压力，同时对泥水仓泥浆进行补充。F9关闭，F10开启并连通泥水仓，进行保压。

盾构长时间停机情况下运行长时间停机保浆模式，该模式下系统时刻对气垫仓液位进行监测和控制，即监测掌子面泥浆的损失，又可进行泥浆的补充。长见于周末，需要停机而保压的状态，F51开启，通过F8的开启对掌子面内泥浆进行补充，该情况下，需要对掌子面内气垫仓内液位进行监测和控制。

管路延伸模式，对应开启泥水回收支路，需在停机情况下切换。整个施工周期性对泥浆管进行加长，同时需要对泥浆管内浆液进行收集处理。F50和F51关闭，相当于关闭干路，之后引出支路进入泥水仓内，对管路内残余浆液进行回收。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：包括连接逆向冲洗支路的泥浆循环系统，所述泥浆循环系统的干路上安装有进浆泵和排浆泵，盾构设备仓的刀盘后依次安装有泥水仓和气垫仓，

所述干路上连接掘进支路，所述掘进支路包括并联的泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路；所述泥浆门冲刷支路、破碎机冲刷支路、格栅内冲刷支路、逆向冲洗支路、刀盘冲刷支路上设有各自对应的启闭阀门，所述泥浆门冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部，所述破碎机冲刷支路的出口设置在盾构机内后隔板的底部边缘处，所述格栅内冲刷支路的出口设置在盾构机内前隔板的底部中间，所述逆向冲洗支路的进口设置在前隔板上下部位置，出口设置在后隔板上下部位置，所述刀盘冲刷支路经由前隔板、后隔板后连接于刀盘上；

所述泥浆循环系统上还连接有维修保压支路；所述泥浆循环系统上空转调节泥浆流量压力的旁通支路、长时间停机保浆模式下检测并补充泥浆的停机保浆支路和切换所述泥浆循环系统在掘进支路、旁通支路、掘进支路中逆向冲洗支路、保压气罐支路、泥水回收支路运行的对应阀门，所述泥浆循环系统还连接有与停机保浆回路择一启动的泥水回收支路。

2.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述旁通支路包括设置在干路上、掘进支路前的阀门F30，设置在干路上、掘进支路后的阀门F38，阀门F30和阀门F38间设有连通管，所述连通管上设有阀门F31。

3.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述逆向冲洗支路包括与进浆泵相连通的逆向进浆管路，逆向进浆管路的出口端设置主排浆口，所述逆向进浆管路上设有阀门F31；所述逆冲洗支路还包括与排浆泵相连通的逆向排浆管路，逆向排浆管路的进口端设置逆循环排浆口，所述逆向排浆管路上设有阀门F39；阀门F30的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，阀门F38的两端分别连接逆向进浆管路和逆向排浆管路，以实现阀门F30、F31、F39、F38对旁通支路和逆冲洗支路启闭的转换。

4.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述维修保压支路包括保压气罐，所述保压气罐的一端连接盾构机的气垫仓，另一端连通干路进而连接进浆泵，所述保压气罐的的进料管和出料管上各安装阀门F10和F9。

5.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述停机保浆支路包括并联在格栅内冲刷支路上的停机保浆分支管路，所述停机保浆分支管路上设有阀门F8，所述格栅内冲刷支路上对应的安装有阀门F3、F4。

6.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述泥水回收支路包括进料口连接泥水仓的收浆罐、进料口连接阀门F51前方干路管道的集污腔，所述集污腔的出料口连接所述收浆罐的进料口，所述收浆罐的出料口连接排浆泵，所述泥水回收支路还包括干路两端的短路管路，所述管路管路的一端安装在阀门F51上，另一端安装在阀门F50上，F50处于支路节点的上游，F51处于支路节点汇集后的下游。

7.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述泥浆门冲刷机构包括前门冲刷口和后门冲刷口。

8.如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述刀盘的面板由全覆盖式耐磨复合钢板制成，刀盘外圈梁后部由全环式合金耐磨块制成，刀盘的面板上设置全面板磨损检测装置。

9.如权利要求4所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于：所述检测装置还包括磨损检测传感器、旋转检测传感器。

10.一种防滞排冲刷方法，使用如权利要求1所述的盾构设备仓内高压冲刷系统防滞排装置，其特征在于，包括如下步骤：

（1）布管设阀：之后开启进浆泵和出浆泵实现泥浆循环系统的开启；

（2）根据工作情况控制模式转换：

A.首先开启旁通管路，进入旁通模式，该模式下，根据盾构机的实际工作情况调节进浆泵和排浆泵的转速以控制进浆管和排浆管的流量和压力，同时将隧道内的排浆泵和进浆泵同步调整至对应的流量和转速；

B.旁通模式调节完毕后，调节对应阀门的启闭情况，开启掘进支路，配合盾构刀盘的掘进；

C.当管路内发生堵塞时，调节对应阀门的启闭情况，关闭掘进支路，开启逆冲洗支路，对相关管路和盾构机顶部泥水仓内进行逆向清洗，清理堵块，之后根据工况启闭相关阀门复位至步骤B或停机；

（3）根据工作情况控制停机状态浆液是否回收：E.当盾构机的气垫仓常压作业时，不停机，开启维修保压支路，保压罐调节管道气压；F.当长时间停机时，开启停机保浆支路；G.当长时间停机且需要维修管道时，开启泥水回收支路以放空管道设备归零。

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