CN110778326A - 一种泥水平衡顶管机及其泥浆环流系统 - Google Patents

一种泥水平衡顶管机及其泥浆环流系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，包括：用于向开挖舱注入预设压力的泥浆液的进浆管路；用于排出混有弃土的泥水的排浆管路；与排浆管路相连、用于向排浆管路供应高压流体的高压流体管路，以通过高压流体的压力使泥水顺畅排出。该泥浆环流系统通过增设高压流体管路，给排浆管路增加排浆动力，以通过高压流体的压力推动泥水排出，在高压流体的助力下，使泥水排出的更顺畅，从而可提高排浆效率，避免排浆管路堵塞。本发明还公开了一种包括上述泥浆环流系统的泥水平衡顶管机，尤其适用于长距离微型隧道的掘进施工。

Description

一种泥水平衡顶管机及其泥浆环流系统
技术领域
本发明涉及隧道掘进装备技术领域，更具体地说，涉及一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统。此外，本发明还涉及一种包括上述泥浆环流系统的泥水平衡顶管机。
背景技术
泥水平衡顶管机作为隧道掘进机的一种，其基本原理是泥水护壁，也即，以全断面切削土体，采用泥水压力来平衡土压力和地下水压力，并利用泥水输送弃土介质。
泥水平衡掘进机的核心是泥浆环流系统，泥浆环流系统包括进泥管和排泥管，在泥水式掘进施工中，进泥管不断地供应泥水，向开挖舱注入一定压力的泥水，以使挖掘面保持稳定，排泥管不断地将混有弃土的泥水排出开挖舱，如此循环，以此来保证进、排浆的顺利进行。
然而，现有技术中的泥水平衡掘进机在大断面隧道开挖掘进过程中具有非常成熟的应用，而在长距离微型隧道掘进时，由于隧道空间狭小，只能将泥浆环流系统的排浆泵放在隧道外，导致排浆泵的吸程不够，使得排浆效率低，且容易造成排浆管路堵塞。
综上所述，如何提供一种能够提高排浆效率且避免排浆管路堵塞的泥浆环流系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，排浆效率高，排浆管路不易堵塞。
本发明的另一目的是提供一种包括上述泥浆环流系统的泥水平衡顶管机，适用于长距离掘进的隧道施工。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，包括：
用于向开挖舱注入预设压力的泥浆液的进浆管路；
用于排出混有弃土的泥水的排浆管路；
与所述排浆管路相连、用于向所述排浆管路供应高压流体的高压流体管路，以通过所述高压流体的压力使所述泥水顺畅排出。
优选地，所述高压流体管路的数量为至少两个。
优选地，两个以上的所述高压流体管路与所述排浆管路的接口位置沿所述排浆管路的长度方向间隔设置。
优选地，任意相邻两个所述接口位置的间隔距离相等。
优选地，还包括文丘里管，所述文丘里管的中间端与所述排浆管路靠近所述开挖舱的第一段相连，所述文丘里管的第一端与所述高压流体管路相连，所述文丘里管的第二端与所述排浆管路远离所述开挖舱的第二段相连。
优选地，所述文丘里管与所述高压流体管路的数量相等，且两者一一对应设置。
一种泥水平衡顶管机，包括泥浆环流系统所述泥浆环流系统为上述任意一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统。
本发明提供的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，通过增设高压流体管路，给排浆管路增加排浆动力，以通过高压流体的压力推动泥水排出，在高压流体的助力下，使泥水排出的更顺畅，从而可提高排浆效率，避免排浆管路堵塞。
本发明提供的泥水平衡顶管机，包括上述泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，提高了排浆效率，避免排浆管路堵塞，尤其适用于长距离微型隧道的掘进施工。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例所提供的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统的原理图；
图2为图1中文丘里管的示意图；
图3为本发明具体实施例所提供的泥水平衡顶管机的结构示意图。
图1和图2中的附图标记如下：
1为进浆管路、11为第一控制阀门、2为排浆管路、21为第二控制阀门、3为高压流体管路、4为文丘里管、41为中间端、42为第一端、43为第二端、5为进浆泵、6为排浆泵、7为泥浆处理站、8为开挖舱；
图3中的附图标记如下：
100为泥浆环流系统、02为刀盘、03为刀盘驱动系统、04为推进装置、05为调向系统、06为前盾体、07为后盾体。
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做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。
本发明的核心是提供一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，排浆效率高，排浆管路不易堵塞。本发明的另一核心是提供一种包括上述泥浆环流系统的泥水平衡顶管机，适用于长距离掘进的隧道施工。
请参考图1至图2，图1为本发明具体实施例所提供的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统的原理图；图2为图1中文丘里管的示意图。其中，图1和图2中的箭头方向为泥浆以及高压流体的流动方向。
本发明提供一种泥浆环流系统，主要用于将泥水平衡顶管机的刀盘02切削下来的渣土带出隧道，该泥浆环流系统包括进浆管路1、排浆管路2和高压流体管路3。
进浆管路1用于向开挖舱8注入预设压力的泥浆液，通常情况下，进浆管路1的入口处设有进浆泵5，以通过进浆泵5将泥浆液泵送至开挖舱8；为了便于对进浆管路1的通断以及流量等的控制，优选地，进浆管路1设有第一控制阀门11。
排浆管路2用于排出混有弃土的泥水，也就是说，在刀盘02切削下来的渣土与通过进浆管路1注入的泥浆液混合后，通过排浆管路2排出。通常情况下，排浆管路2的出口处设有排浆泵6，以通过排浆泵6的泵吸作用，将排浆管路2中的混合泥水吸出至隧道外。同理，为了便于对排浆管路2的通断以及流量等的控制，优选地，排浆管路2设有第二控制阀门21。
另外，为了便于泥浆的循环利用，通常在隧道外设置泥浆处理站7，泥浆处理站7的入料口通过排浆泵6与排浆管路2相连，泥浆处理站7的出料口通过进浆泵5与进浆管路1相连，也即，泥浆处理站7、进浆泵5、进浆管路1、排浆管路2和排浆泵6形成密闭的泥浆环流系统。
泥浆处理站7用于对从排浆管路2排出的混合泥水进行处理，并将处理后制得的膨润土浆液排入进浆泵5，通过进浆泵5的泵送作用，将膨润土浆液从排浆管路2输送至开挖舱8。
由于在长距离微型隧道掘进时，通常将排浆泵6放在隧道外，导致排浆泵6的吸程不够，为了解决该问题，本发明中的高压流体管路3与排浆管路2相连，用于向排浆管路2供应高压流体，以通过高压流体的压力使泥水顺畅排出。
需要说明的是，本发明对进浆管路1和排浆管路2的具体结构及其排布方式不做限定，本领域技术人员可以参见现有技术。
本发明的主要改进在于，通过增设高压流体管路3，给排浆管路2增加排浆动力，以通过高压流体的压力推动泥水排出，在高压流体的助力下，使泥水排出的更顺畅，从而可提高排浆效率，避免排浆管路2堵塞。
具体地，本发明对高压流体管路3供应的高压流体的具体介质不做限定，例如，高压流体可以为高压液体或高压气体等。
优选地，高压流体为高压水，也即，高压流体管路3为高压水管路。
可以理解的是，高压水汇入排浆管路2后，一方面可以稀释排浆管路2中的泥水，使其浓度降低，避免泥浆挂壁等现象；另一方面，在高压水的压力作用下，提高了排浆管路2中泥水的排出速度，使其动能增加，更有利于泥水的排出。
另外，本发明对高压流体管路3与排浆管路2的接口位置不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要来选择。
优选地，高压流体管路3与排浆管路2的接口位置靠近开挖舱8。
进一步地，本发明对高压流体管路3的具体数量不做限定，高压流体管路3的数量可以为一个，也可以为多个，作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，高压流体管路3的数量为至少两个。
也就是说，本实施例通过设置两个以上的高压流体管路3来进一步地提高排浆动力，使排浆管路2中的泥水排出的更顺畅。
可以理解的是，当高压流体管路3的数量为两个以上时，本领域技术人员可以根据排浆管路2的实际长度来选择合适数量的高压流体管路3，以通过合适数量的高压流体管路3的共同作用，为排浆管路2提供充足的补充动力，起到较好的排浆效果。
另外，本发明对各个高压流体管路3与排浆管路2的接口位置的具体排布方式不做限定，在上述实施例的基础之上，两个以上的高压流体管路3与排浆管路2的接口位置沿排浆管路2的长度方向间隔设置。
也就是说，根据隧道施工长度，可以在隧道内沿排浆管路2的长度方向，每间隔一段距离，增加一个高压流体管路3，以通过合理排布各个高压流体管路3与排浆管路2的接口位置，来使相邻的两个高压流体管路3之间相互接力，从而适应不同施工长度的需求。
需要说明的是，任意相邻两个高压流体管路3与排浆管路2的接口位置之间的间距可以相同，也可以不同，具体根据实际需要来设定。
作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，任意相邻两个接口位置的间隔距离相等。
也就是说，本领域技术人员可以根据实际需要计算得到相邻两个接口位置的合适间距，以满足相邻两个高压流体管路3内高压流体的压力能够接力为准；然后，以同样的间隔距离，随着隧道施工长度的增加，不断增加高压流体管路3即可。
为了进一步提高排浆效果，在上述任意一个实施例的基础之上，排浆管路2设有文丘里管4，高压流体管路3与文丘里管4相连。
如图1所示，为本实施例提供的泥浆环流系统的原理图。从图1中可以看出，文丘里管4设置在排浆管路2上，文丘里管4的中间端41与排浆管路2靠近开挖舱8的第一段相连，文丘里管4的第一端42与高压流体管路3相连，文丘里管4的第二端43与排浆管路2远离开挖舱8的第二段相连，用于排出混合有高压流体的泥浆。
如图2所示，为文丘里管4的示意图。高压流体自高压流体管路3流入文丘里管4后，在文丘里管4内流动。在文丘里管4的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值，高压流体的速度因为涌流横截面积变化的关系而上升，由于整个涌流都要在同一时间经过内径缩小的管道，因而压力也在同一时间减小，进而在文丘里管4的左右两端产生压力差，使文丘里管4的第二端43压力大于第一端42压力，在压力差的作用下，将开挖舱8处的泥水吸入，吸入文丘里管4的泥水与高压流体混合后，从文丘里管4的第二端43射出。
也就是说，本实施例在增设高压流体管路3的基础之上，又通过增加文丘里管4来进一步提高排浆的动力，依靠文丘里效应，通过文丘里管4第二端43的吸力来将文丘里左侧的排浆管路2中的泥水吸入文丘里管4内，并使吸入文丘里管4内的泥水与高压流体混合，然后，将混合后的泥水和高压流体喷射入文丘里管4右侧的排浆管路2内。
可以理解的是，为了取得较佳的排浆效果，在上述实施例的基础之上，文丘里管4与高压流体管路3的数量相等，且两者一一对应设置。
也就是说，当高压流体管路3的数量为至少两个时，文丘里管4的数量也为至少两个，且文丘里管4与高压流体管路3一一对应设置，也即，在各个高压流体管路3与排浆管路2的接口位置均设置有文丘里管4，高压流体管路3通过文丘里管4与排浆管路2相连，这可以进一步提高排浆管路2的排浆动力，使排浆管路2的排浆效果达到最佳状态。
请参考图3，为本发明具体实施例所提供的泥水平衡顶管机的结构示意图。
除了上述泥浆环流系统100，本发明还提供一种包括上述实施例公开的泥浆环流系统100的泥水平衡顶管机，该泥水平衡顶管机还包括刀盘02、刀盘驱动系统03、推进装置04、调向系统05、前盾体06和后盾体07等。
刀盘02设于开挖舱8，用于切削渣土；刀盘驱动系统03用于为刀盘02提供驱动力，以驱动刀盘02旋转，使刀盘02在旋转过程中切削渣土；推进装置04用于为整个设备提供向前的推力；调向系统05用于调整泥水平衡顶管机在向前推进过程中的方向；前盾体06和后盾体07为泥水平衡顶管机的机架结构，主要用于承载和固定其它零部件等。
需要说明的是，本发明中的刀盘02、刀盘驱动系统03、推进装置04、调向系统05、前盾体06和后盾体07等各个部分的主体结构分别与现有技术中常规刀盘02、刀盘驱动系统03、推进装置04、调向系统05、前盾体06和后盾体07等的结构相同。
本发明的主要改进在于采用上述任一实施例公开的泥浆环流系统100，通过上述泥浆环流系统100将刀盘02切削下来的渣土带出隧道。
可以理解的是，相比于现有技术，上述泥浆环流系统100通过增设高压流体管路3，增加了排浆管路2的排浆动力，提高了排浆效率，避免排浆管路2堵塞，尤其适用于长距离微型隧道的掘进施工，例如，开挖直径在400mm-1800mm之间，掘进长度超过1500m的隧道。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的泥水平衡顶管机及其泥浆环流系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，包括：
用于向开挖舱(8)注入预设压力的泥浆液的进浆管路(1)；
用于排出混有弃土的泥水的排浆管路(2)；
与所述排浆管路(2)相连、用于向所述排浆管路(2)供应高压流体的高压流体管路(3)，以通过所述高压流体的压力使所述泥水顺畅排出。
2.根据权利要求1所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，所述高压流体管路(3)的数量为至少两个。
3.根据权利要求2所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，两个以上的所述高压流体管路(3)与所述排浆管路(2)的接口位置沿所述排浆管路(2)的长度方向间隔设置。
4.根据权利要求3所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，任意相邻两个所述接口位置的间隔距离相等。
5.根据权利要求1-4任一项所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，还包括文丘里管(4)，所述文丘里管(4)的中间端(41)与所述排浆管路(2)靠近所述开挖舱(8)的第一段相连，所述文丘里管(4)的第一端(42)与所述高压流体管路(3)相连，所述文丘里管(4)的第二端(43)与所述排浆管路(2)远离所述开挖舱(8)的第二段相连。
6.根据权利要求5所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统，其特征在于，所述文丘里管(4)与所述高压流体管路(3)的数量相等，且两者一一对应设置。
7.一种泥水平衡顶管机，包括泥浆环流系统，其特征在于，所述泥浆环流系统为权利要求1-6任一项所述的泥水平衡顶管机的泥浆环流系统。
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