CN112727481B - 一种开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法 - Google Patents
一种开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法，所述开挖仓直排渣浆盾构机包括依次设置的开挖仓(3)、气垫仓(4)和盾体(2)，所述开挖仓直排渣浆盾构机还包括连通阀(7)、进浆系统和排浆系统，连通阀(7)能够连通开挖仓(3)和气垫仓(4)，所述排浆系统含有主排管道(16)，主排管道(16)的入口端与开挖仓(3)连通。该开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法采用渣浆在开挖仓的底部通过主排管道排出，有效地解决了在复杂地质段应用传统气垫泥水盾构机积渣、滞排、堵仓、刀盘刀盘磨损加剧及结泥饼等难题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体的是一种开挖仓直排渣浆盾构机，还是一种开挖仓直排渣浆方法。
背景技术
随着经济的发展，科学技术的进步，互联互通的需求，隧道工程和轨道交通得到了爆发式增长，盾构工法在越来越多的工程中推广应用。
传统的泥水盾构机由于配置了气垫仓，在开挖施工中掌子面压力易于控制且波动范围较小，沉降控制准确，施工环境良好，施工风险小，适应地质能力强，在近几年来得到了广泛的应用并受到施工单位的认可。
传统的泥水盾构机即纯气垫泥水盾构机，配置有开挖仓及气垫仓，开挖下的渣浆通过气垫仓底部的主排管排出。掌子面处的渣浆依次通过刀盘、泥浆门及气垫仓底部，然后进入主排管，影响渣浆输送及排渣，甚至由于渣浆不能及时排出，造成滞渣滞排，影响排渣效率，严重时会加剧刀盘刀具磨损和造成刀盘结泥饼。在复杂地层，影响施工效率和进度。
在行业内，为了综合直排盾构和常规气垫泥水盾构的优缺点，中国专利文献CN109209404A，公开日期2019年1月15日，公开了一种《盾构机泥水循环系统》，其中提出的泥水循环系统包括总进浆管和总排浆管，总排浆管末端分别连通排浆支管和气垫仓排浆支管，气垫仓排浆支管的末端位于盾构机泥水仓底部，气垫仓排浆支管的末端位于盾构机气垫仓的底部，泥水仓排浆支管和气垫仓排浆支管上均设有阀门的方案。从上述发明专利案子和附图可以看出，泥水仓排支管和气垫仓排浆支管上均设的阀门，未在气垫仓内，而是在气垫仓仓外。上述方案可以从泥水仓直接排渣，但是两个管道无法同时在盾体在最下部，况且气垫仓排浆支管距离盾体最下沿存在高差，导致阶梯的出现，影响泥水仓渣浆进入管道，严重影响排渣效率，容易导致泥水仓积渣结泥饼；上述方案，布置两个排浆管，增了盾构的拥挤度，并且不是任何盾构都可以布置两个排浆管管道；另外，位于气垫仓的气垫仓排浆支管并未设有阀门，气垫仓的此管道一旦磨穿需要作业人员进入压力环境中施工，而且还有极大的风险，影响了盾构施工的可靠性和安全性。
在行业内，针对地层的特殊性，有选择地采用日式直排泥水盾构，但由于此机型压力波动大，不利于控制掌子面压力，易引起地表沉降及隆起，限制了其推广应用。对于复杂地层，特别是黏性地质，易结泥饼及形成黏土团的盾构段。传统的纯气垫泥水盾构，排渣极为不畅，气垫仓底部格栅易堵塞，造成仓内积渣，影响盾构施工。
发明内容
为了解决现有盾构施工中渣浆不能及时排出的问题，本发明提供了一种开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法，该开挖仓直排渣浆盾构机和开挖仓直排渣浆方法采用渣浆在开挖仓的底部通过主排管道排出，有效地解决了在复杂地质段应用传统气垫泥水盾构机积渣、滞排、堵仓、刀盘刀盘磨损加剧及结泥饼等难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种开挖仓直排渣浆盾构机，包括依次设置的开挖仓、气垫仓和盾体，所述开挖仓直排渣浆盾构机还包括连通阀、进浆系统和排浆系统，连通阀能够连通开挖仓和气垫仓，所述进浆系统含有开挖仓进浆管和气垫仓进浆管，开挖仓进浆管的出口端与开挖仓连通，气垫仓进浆管的出口端与气垫仓连通，所述排浆系统含有主排管道，主排管道的入口端与开挖仓连通。
一种开挖仓直排渣浆方法，所述开挖仓直排渣浆方法采用了上述的开挖仓直排渣浆盾构机，所述开挖仓直排渣浆方法包括以下步骤：
步骤1、开挖仓进浆管向开挖仓内注入泥浆，气垫仓进浆管向气垫仓内注入泥浆，连通阀为开启状态，气垫仓内的泥浆通过连通阀进入开挖仓内，开挖仓内的渣石和泥浆经过搅拌形成渣浆；
步骤2、所述渣浆经过主排管道排出。
本发明的有益效果是：
1、有效地解决了在复杂地质段应用传统气垫泥水盾构机积渣、滞排、堵仓、刀盘刀盘磨损加剧及结泥饼等难题。
2、在前隔板上设计连通阀，保证开挖仓和气垫仓有足够的流通面积，使本发明可以控制切口环的压力波动，其稳压能力与传统的气垫泥水相当，甚至优于比传统的气垫泥水，另外，连通阀位于仓内，无多余连通管道，增加了盾体的有效利用空间。
3、设计隔离阀，可以切断主排管与开挖仓通道，使隔离阀下游主排管处于常压环境，方便施工人员维修主排管和主排控制阀。
4、设计有异物处理装置，可以在常压环境中有效处理开挖仓及地层中异物，避免施工人员带压进仓作业，降低了施工作业人员的劳动强度。
5、在稳压能力强，方便维修的情况下，主排管位于开挖仓底部，可以快速将刀盘开挖下的渣土排出，避免了渣石渣浆在开挖仓底部聚集，导致滞排堵仓，甚至引起刀盘刀具磨损加剧，影响施工效率，增加施工成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述开挖仓直排渣浆盾构机的示意。
图2是进浆系统的示意图。
图3是排浆系统的示意图。
图4是图1中A部位的放大示意图。
图5是隔离阀处于关闭状态时图1中A部位的放大示意图。
1、刀盘；2、盾体；3、开挖仓；4、气垫仓；5、前隔板；6、后隔板；7、连通阀；8、进浆泵；9、主进浆管；10、气垫仓进浆管；11、开挖仓进浆管；12、隔离阀；13、主排控制阀；14、排浆泵；15、法兰盖；16、主排管道；
1601、大径段；1602、小径段。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种开挖仓直排渣浆盾构机，包括从前向后依次设置的开挖仓3、气垫仓4和盾体2，所述开挖仓直排渣浆盾构机还包括连通阀7、进浆系统和排浆系统，连通阀7能够连通开挖仓3和气垫仓4，所述进浆系统含有开挖仓进浆管11和气垫仓进浆管10，开挖仓进浆管11的出口端与开挖仓3连通，气垫仓进浆管10的出口端与气垫仓4连通，所述排浆系统含有主排管道16，主排管道16的入口端与开挖仓3连通，如图1至图5所示。
在本实施例中，所述进浆系统还含有主进浆管9，主进浆管9上设有进浆泵8，开挖仓进浆管11的入口端和气垫仓进浆管10的入口端均与主进浆管9的出口端连接。进浆泵8、主进浆管9和气垫仓进浆管10均位于盾体2内，开挖仓进浆管11的入口端也均位于盾体2内。
在本实施例中，开挖仓3和气垫仓4之间设有前隔板5，气垫仓4和盾体2之间设有后隔板6，前隔板5与后隔板6前后平行设置，主进浆管9和开挖仓进浆管11均呈水平状态，开挖仓进浆管11穿过前隔板5和后隔板6，如图1所示。
在本实施例中，开挖仓进浆管11的出口端与前隔板5连接固定，开挖仓进浆管11的出口端位于开挖仓3的上部。气垫仓进浆管10的出口端与后隔板6连接固定，气垫仓进浆管10的出口端位于气垫仓4的下部，优选气垫仓进浆管10的出口端位于气垫仓4的中下部，气垫仓进浆管10的出口端低于气垫仓4的轴线。
在本实施例中，连通阀7与前隔板5连接固定，连通阀7位于气垫仓4内的中部偏下，或连通阀7位于气垫仓4内的下部，如图1所示。当连通阀7处于开启状态时，气垫仓4内的泥浆可以通过连通阀7进入开挖仓3内，连通阀7的过流面积可以根据需要而定。
在本实施例中，所述排浆系统含有一条主排管道16，主排管道16上从前向后依次设有隔离阀12、主排控制阀13和排浆泵14，隔离阀12位于气垫仓4，主排控制阀13位于盾体2内，排浆泵14串联在主排管道16上。隔离阀12靠近主排管道16的出口端，主排管道16与隔离阀12可拆卸连接。
在本实施例中，主排管道16含有依次连接的大径段1601和小径段1602，大径段1601和小径段1602之间连接由过渡段，过渡段的直径逐渐减小，大径段1601位于气垫仓4内，大径段1601上设有法兰盖15，隔离阀12位于主排管道16的入口端和法兰盖15之间。
大径段1601呈水平状态，小径段1602含有前后连接的倾斜段和水平段，所述倾斜段穿过后隔板6，所述水平段位于盾体2内。当大径段1601内进入大尺寸的异物后，由于小径段1602的阻挡，异物不能通过而被留在大径段1601内，打开法兰盖15可以将大径段1601内的异物取出，法兰盖15和大径段1601组成了异物处理装置。
在本实施例中，连通阀7低于气垫仓进浆管10的出口端，主排管道16的入口端低于连通阀7，主排管道16的入口端位于开挖仓3的底部。开挖仓3的前方设有刀盘1，气垫仓4内的泥浆可以通过连通阀7进入开挖仓3内，开挖仓3内的渣浆可以经过主排管道16排出，如图1所示。
在本发明中，所述的进浆系统由进浆泵8、主进浆管9、开挖仓进浆管11及气垫仓进浆管10组成，所述的排浆系统由主排管道16、隔离阀12、主排控制阀13及排浆泵14等组成，所述异物处理装置由法兰盖15和大径段1601组成。
所述主进浆管9在后隔板6出分为两大支路，一路为开挖仓进浆管11，浆液进入开挖仓3，一路为气垫仓进浆管10，浆液进入气垫仓4；所述的排浆系统，隔离阀12位于气垫仓4底部，且不与气垫仓4相通，隔离阀12安装在前隔板5后，异物处理装置前。异物处理装置通过一端管道与后隔板6相连，异物处理装置上设计有法兰盖15，用于异物取出；所述的主排控制阀13，通过管道与后隔板6主排的管道支座相连，主排控制阀13沿排浆方向上管道上设计有排浆泵14。所述的连通阀7位于前隔板5上，高度在中盾前隔板5水平下偏下位置。
下面介绍一种开挖仓直排渣浆方法，所述开挖仓直排渣浆方法采用了上述的开挖仓直排渣浆盾构机，所述开挖仓直排渣浆方法包括以下步骤：
步骤1、开挖仓进浆管11向开挖仓3内注入泥浆，气垫仓进浆管10向气垫仓4内注入泥浆，连通阀7为开启状态，气垫仓4内的泥浆通过连通阀7进入开挖仓3内，开挖仓3内的渣石和泥浆经过搅拌形成渣浆；
正常施工时，连通阀7处于开启状态，隔离阀12处于打开状态，气垫仓4内含有部分泥浆和部分压缩空气，开挖仓3也充斥着渣浆，气垫仓4和开挖仓3的渣浆通过连通阀7连通，气垫仓4的渣浆可以通过连通阀7进入开挖仓3，开挖仓3的渣浆也通过连通阀7进入气垫仓4，以保持压力平衡。在施工过程中，主进浆管9内的泥浆通过气垫仓进浆管10和开挖仓进浆管11不断注入，刀盘1开挖下的渣石经搅拌形成的渣浆。
步骤2、所述渣浆经过主排管道16排出，如图1所示，即渣浆在主排管道16内依次经过隔离阀12、主排控制阀13和排浆泵14后，泵送至隧道外。
在步骤2中，当主排管道16存在异物堵塞时，关闭隔离阀12和连通阀7，排出气垫仓4内的渣浆和压缩空气，施工人员可以常压进入气垫仓4，打开法兰盖15取出主排管道16内的异物或者就地处理。处理完毕后，可以将原有器件复原，关闭气垫仓4门。通过气垫仓进浆管10填充部分泥浆，其余空间充填压缩空气，然后打开隔离阀12和连通阀7，可以继续按照程序施工。
在步骤2中，由于渣浆运行时间长且含砂率较高，主排管道16和主排控制阀13会出现磨损磨穿情况，需要维修更换；在停止掘进后，关闭主排管道16上的隔离阀12，主排管道16既不和开挖仓3相通，也不和气垫仓4相通，这时主排管道16可以处于常压状态，可以对磨损的主排管道16进行补焊或者更换，也可以对磨损的主排控制阀13等阀门进行更换，维修完毕后，开启隔离阀12，即可恢复掘进施工。
为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，“下”表示图1中的下侧方向，“前”表示图1中的左侧方向，“后”表示图1中的右侧方向。本发明采用了使用者或阅读的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (7)
1.一种开挖仓直排渣浆盾构机，包括依次设置的开挖仓(3)、气垫仓(4)和盾体(2)，其特征在于，所述开挖仓直排渣浆盾构机还包括连通阀(7)、进浆系统和排浆系统，连通阀(7)能够连通开挖仓(3)和气垫仓(4)，所述进浆系统含有开挖仓进浆管(11)和气垫仓进浆管(10)，开挖仓进浆管(11)的出口端与开挖仓(3)连通，气垫仓进浆管(10)的出口端与气垫仓(4)连通，所述排浆系统含有主排管道(16)，主排管道(16)的入口端与开挖仓(3)连通；
开挖仓(3)和气垫仓(4)之间设有前隔板(5)，气垫仓(4)和盾体(2)之间设有后隔板(6)；
主排管道(16)的入口端与前隔板(5)连接，主排管道(16)的入口端位于开挖仓(3)的底部；
主排管道(16)上设有隔离阀(12)、主排控制阀(13)和排浆泵(14)，隔离阀(12)位于气垫仓(4)内；
主排管道(16)含有依次连接的大径段(1601)和小径段(1602)，大径段(1601)位于气垫仓(4)内，大径段(1601)上设有法兰盖(15)，隔离阀(12)位于主排管道(16)的入口端和法兰盖(15)之间；
大径段(1601)和小径段(1602)之间连接有过渡段；
连通阀(7)与前隔板(5)连接，连通阀(7)位于气垫仓(4)内的下部；主排管道(16)的入口端低于连通阀(7)，连通阀(7)低于气垫仓进浆管(10)的出口端。
2.根据权利要求1所述的开挖仓直排渣浆盾构机，其特征在于，所述进浆系统还含有主进浆管(9)，主进浆管(9)上设有进浆泵(8)，开挖仓进浆管(11)的入口端和气垫仓进浆管(10)的入口端均与主进浆管(9)的出口端连接。
3.根据权利要求2所述的开挖仓直排渣浆盾构机，其特征在于，开挖仓进浆管(11)穿过前隔板(5)和后隔板(6)。
4.根据权利要求1所述的开挖仓直排渣浆盾构机，其特征在于，开挖仓进浆管(11)的出口端位于开挖仓(3)的上部，气垫仓进浆管(10)的出口端位于气垫仓(4)的下部。
5.根据权利要求1所述的开挖仓直排渣浆盾构机，其特征在于，主排控制阀(13)位于盾体(2)内。
6.一种开挖仓直排渣浆方法，其特征在于，所述开挖仓直排渣浆方法采用了权利要求1所述的开挖仓直排渣浆盾构机，所述开挖仓直排渣浆方法包括以下步骤：
步骤1、开挖仓进浆管(11)向开挖仓(3)内注入泥浆，气垫仓进浆管(10)向气垫仓(4)内注入泥浆，连通阀(7)为开启状态，气垫仓(4)内的泥浆通过连通阀(7)进入开挖仓(3)内，开挖仓(3)内的渣石和泥浆经过搅拌形成渣浆；
步骤2、所述渣浆经过主排管道(16)排出。
7.根据权利要求6所述的开挖仓直排渣浆方法，其特征在于，主排管道(16)上设有隔离阀(12)和法兰盖(15)，隔离阀(12)和法兰盖(15)均位于气垫仓(4)内，在步骤2中，当主排管道(16)存在异物堵塞时，关闭隔离阀(12)和连通阀(7)，打开法兰盖(15)取出主排管道(16)内的异物。
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