CN112922617A - 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法 - Google Patents

水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112922617A
CN112922617A CN202110126217.7A CN202110126217A CN112922617A CN 112922617 A CN112922617 A CN 112922617A CN 202110126217 A CN202110126217 A CN 202110126217A CN 112922617 A CN112922617 A CN 112922617A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
wastewater
rock breaking
treatment
bin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110126217.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112922617B (zh
Inventor
周辉
崔健
徐福通
卢景景
高阳
肖建成
胡明明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Original Assignee
Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS filed Critical Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority to CN202110126217.7A priority Critical patent/CN112922617B/zh
Publication of CN112922617A publication Critical patent/CN112922617A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112922617B publication Critical patent/CN112922617B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/087—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1066—Making by using boring or cutting machines with fluid jets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00—Drainage
    • E21F16/02—Drainage of tunnels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F5/00—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires
    • E21F5/02—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires by wetting or spraying
    • E21F5/04—Spraying barriers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/08—Multistage treatments, e.g. repetition of the same process step under different conditions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统。它包括水力‑机械联合破岩TBM装置和废水处理装置；废水处理装置与水力‑机械联合破岩TBM装置的水仓连接；废水处理装置包括净化处理结构、加压处理结构、消毒处理结构、降温处理结构和废水制冷结构；储水仓上方设置净化处理结构、下方设置加压处理结构；净水管一端与加压处理结构连接、另一端与消毒处理结构连接；降温处理结构与消毒处理结构连接；净化处理结构通过泥/砂水混流管与废水制冷结构连接。本发明具有破岩的同时能处理破岩废水的优点。本发明还公开了水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法。

Description

水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统及方法
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程领域，特别涉及复杂地质条件TBM隧道施工领域。更具体地说它是集水力-机械联合破岩与废水处理于一体的TBM掘进装备，更具体地说它是一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统。本发明还涉及所述水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法。
背景技术
随着社会的日益发展，隧道及地下工程对TBM的使用需求越来越高。现阶段主要有两种破岩方式的TBM装置，一种是采用普通滚轮式滚刀破岩，另一种是采用水力-机械联合破岩。水力-机械联合破岩TBM装置以其破岩效率较高、破岩能耗较少、机械磨损较低的优势更能满足实际工程需要，而被推广使用。这种水力-机械联合破岩TBM装置是在传统TBM装置采用普通滚轮式滚刀破岩的基础上，加入了高压水切割破岩，从而形成高压水力耦合破岩，以达到更高的破岩效率。所以在工作的过程中就需要大量的高压水，在经过刀盘上的喷嘴射流向破岩自由面(掌子面)后，流入掘进隧道当中，加重了隧道的排水压力，特别是在一些含水量高的地质环境中，使得隧道掘进过程中的排水更加困难。
要进行高压水力切割破岩，势必会增加隧道的废水量，若只依靠传统的排水泵抽取排水，不仅会增加燃料的消耗，而且排水泵工作产生的机械热量造成隧道内的温度升高会加大施工危险性。随着隧道掘进，需要铺设的管道会越来越长，无疑会增加排水的难度。而且，掘进隧道中的废水在抽取排出隧道后，若不经过处理直接排放会造成环境污染，若全部对其处理的话会大大增加施工成本。
因此，开发一种破岩的同时能处理破岩废水的TBM装置很有必要。
发明内容
本发明的第一目的是为了提供一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，破岩的同时能处理破岩废水，能够将掘进过程中产生的部分废水抽取到废水处理装置中，既可以减轻隧道排水压力，又可以将这部分废水处理再利用，提高隧道施工效率，降低施工成本。
本发明的第二目的是为了提供所述水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，经废水处理系统抽取的废水经过相应的处理，一部分继续作为进行水力切割破岩的高压水水源，一部分经过冷凝装置处理以喷雾的形式对作业环境进行降温降尘，同时多余的部分进过液氮处理冷凝成固体运出，减轻隧道排水压力，提高隧道施工效率，降低施工成本。
为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：包括水力-机械联合破岩TBM装置和废水处理装置；
废水处理装置与水力-机械联合破岩TBM装置的水仓连接；
废水处理装置包括净化处理结构、加压处理结构、消毒处理结构、降温处理结构和废水制冷结构；
破岩废水流通结构包括进水口、自流口、吸水口、净水管和泥/砂水混流管；
净化处理结构上方设置进水口；
储水仓上方设置净化处理结构、下方设置加压处理结构；
自流口设置在储水仓下端中部；储水仓与加压处理结构之间通过自流口连通；
加压处理结构与水力-机械联合破岩TBM装置的水刀外接水管道连接；
净水管一端与加压处理结构连接、另一端与消毒处理结构连接；
降温处理结构与消毒处理结构连接；
净化处理结构通过泥/砂水混流管与废水制冷结构连接。
在上述技术方案中，净化处理结构自上而下包括第一过滤层、第二过滤层和第三过滤层；
第二过滤层位于第一过滤层与第三过滤层之间；
第一过滤层和第二过滤层的横截面均呈梯形；第三过滤层呈正方形；
第一过滤层为粗粒砂过滤层；第二过滤层为细砂过滤层；第三过滤层为泥浆及悬浮物过滤层。
在上述技术方案中，废水制冷结构包括液氮仓、液氮喷嘴、废水制冰仓、定开阀门、柱塞泵和推板；
液氮仓位于废水制冰仓上端；液氮喷嘴安装在液氮仓下端、且位于废水制冰仓上端；液氮喷嘴有多个；
定开阀门安装在废水制冰仓侧方；
柱塞泵和推板均位于废水制冰仓下部、且位于后支撑与皮带输送机之间；
泥/砂水混流管一端与废水制冰仓上部连通、另一端与第一过滤层连通。
在上述技术方案中，加压处理结构包括一级泵仓、一级增压泵、中压管、二级泵仓和二级增压泵；
一级增压泵位于一级泵仓内；
二级增压泵位于二级泵仓内；
一级泵仓通过中压管与二级泵仓连接。
在上述技术方案中，消毒处理结构包括消毒层和吸水泵；消毒层与吸水泵连接；
净水管一端与一级泵仓上部连接、另一端与吸水泵连接；
降温处理结构包括冷水仓和过冷水仓；
冷水仓位于过冷水仓、消毒层和吸水泵的外周；
过冷水仓分别与消毒层、雾化喷头连接。
为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：水力-机械联合破岩TBM装置进行水力切割破岩；
步骤二：高压水流经过射流通道从联合破岩TBM刀盘上的水力截割滚刀喷嘴喷射到待开挖岩石上后，流进掘进隧道，与其它工作废水汇集，成为破岩废水；
废水处理装置对破岩废水进行处理；
步骤三：经废水处理装置处理后的破岩废水进行循环利用。
在上述技术方案中，在步骤三中，经废水处理装置处理后的破岩废水进行循环利用方式为：作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源；和/或作为对作业环境降温降尘的水源；和/或快速处理后运出；
当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理和加压处理；
当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理；
当破岩废水速处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理。
在上述技术方案中，当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理的过程如下：
S21：掘进隧道内的破岩废水从进水口流入废水处理装置，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：采用两次增压对净化处理后的破岩废水进行增压，具体增加方式为：
储水仓中的破岩废水流入一级泵仓，通过一级增压泵对破岩废水进行初次增压；初次增压后的破岩废水经过中压管流入到二级泵仓，通过二级增压泵对破岩废水进行二次增压，使破岩废水达到满足水力破岩的条件；
至此完成对净化处理水的增压处理。
在上述技术方案中，当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理的过程如下：
S21：掘进隧道内的破岩废水从进水口流入废水处理装置，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：破岩废水经过净化处理后流入到一级泵仓内的水，通入吸水口经净水管输送到吸水泵中；
通过吸水泵的加压，净化后的破岩废水流进消毒层进行消毒处理，最后输送到过冷水仓，至此便完成对净化处理后的废水的消毒处理；
S23：经过冷水仓对净化后的破岩废水进行降温处理，使净化后的破岩废水的温度达到零度以下的流动状态，实现对消毒后的破岩废水的降温处理；
至此完成对消毒后的水进行降温处理，达到满足对作业环境降温降尘的条件。
在上述技术方案中，当破岩废水处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理的过程如下：
S21：掘进隧道里面的废水从进水口流入废水处理装置，经过第一过滤层除去废水中大直径的颗粒物后，滤出的泥/砂水通过泥/砂水混流管输送到废水制冰仓内；
S22：位于废水制冰仓的上部的液氮仓通过液氮喷嘴喷射液氮对泥/砂水进行降温凝固处理，使泥/砂水变成固体；
S23：通过设置时间条件，控制定开阀门的定时开关；
当未达到时间时，定开阀门关闭，重复步骤S21至S22；
当达到时间要求后，定开阀门打开，在柱塞泵的作用下，推板将废水制冷仓底部的泥/砂水固体推出废水制冷仓，运送到连接后支撑的TBM皮带输送机上，再经皮带输送机运输至地面处理从而运出去。
本发明具有如下优点：
(1)本发明所述的一体化TBM装置可以将掘进过程中产生的部分废水抽取到废水处理装置中，废水处理装置安装在水力-机械联合破岩TBM装置的尾部，可以随着刀盘的掘进不断向前移动；本发明抽取的岩废水经过相应的处理，一部分可以继续作为进行水力切割破岩的高压水水源，一部分可以经过冷凝装置处理以喷雾的形式对作业环境进行降温降尘，同时多余的部分可以进过液氮处理冷凝成固体运出；既可以减轻隧道排水压力，又可以将这部分废水回收处理再利用；
(2)经本发明中的废水处理系统抽取的废水经过相应的处理，一部分继续作为进行水力切割破岩的高压水水源，一部分经过冷凝装置处理以喷雾的形式对作业环境进行降温降尘，同时多余的部分进过液氮处理冷凝成固体运出，减轻隧道排水压力、且对废水回收处理再利用，提高隧道施工效率，降低施工成本；
(3)本发明采用两次增压来对净化处理后的破岩废水进行增压，对净化处理的水进行增压处理，使破岩废水达到满足水力破岩的条件、作为水力破岩喷射用水循环使用，减少生产成本，提高利用效率。
附图说明
图1为本发明中的水力-机械联合破岩TBM装置进行水力切割破岩的工作结构示意图。
图2为本发明中的水刀外接水管道的结构示意图。
图3为本发明中的废水处理装置的结构示意图。
图3中的左侧部分处理泥/砂水并生成泥/砂水固体排出；图3中的右侧部分处理破岩废水并生成供给TBM前端喷嘴喷射破岩用的清洁水，为水力-机械联合破岩TBM装置中的水仓的一部分或与水力-机械联合破岩TBM装置中的水仓连接。
图1中的Q为掌子面。
图中A-水力-机械联合破岩TBM装置，1A-合破岩TBM刀盘，1.1A-水力截割滚刀喷嘴，1.2A-高压水管道，2A-水刀旋转调节部，3A-旋转驱动，4A-推进油缸，5A-后支撑，6A-水刀外接水管道，7A-水仓，8A-TBM的外机架，9A-外机架上撑靴，10A-油压缸，11A-护盾，12A-皮带输送机，13A-铲斗，14A-水刀切槽，B-废水处理装置，1-破岩废水流通结构，1.1-进水口，1.2-自流口，1.3-吸水口，1.4-净水管，1.5-泥/砂水混流管，2-净化处理结构，2.1-第一过滤层，2.2-第二过滤层，2.3-第三过滤层，3-雾化喷头，4-加压处理结构，4.1-一级泵仓，4.2-一级增压泵，4.3-中压管，4.4-二级泵仓，4.5-二级增压泵，5-消毒处理结构，5.1-消毒层，5.2-吸水泵，6-降温处理结构，6.1-冷水仓，6.2-过冷水仓，7-废水制冷结构，7.1-液氮仓，7.2-液氮喷嘴，7.3-废水制冰仓，7.4-定开阀门，7.5-柱塞泵，7.6-推板，8-储水仓。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，包括水力-机械联合破岩TBM装置A和废水处理装置B；
废水处理装置B与水力-机械联合破岩TBM装置A的水仓连接；水力-机械联合破岩TBM装置A用于直接破岩，主要包括TBM刀盘及其破岩装置(破岩装置包括TBM刀盘上边的刀具和水射流装置)，以及相关的后配套设备；废水处理装置B在TBM刀盘及其破岩装置的后方，处理前方流过的废水，废水处理装置B处理过后的清洁水经供水加压后、通过水管(即水刀外接水管道6A和高压水管道1.2A)连接前方TBM刀盘上的水射流喷嘴(即水力截割滚刀喷嘴1.1A)，重新参与破岩工作；重复上述操作，进行循环水破岩；减轻隧道排水压力，又可以将这部分废水回收处理再利用；
废水处理装置B包括净化处理结构2、加压处理结构4、消毒处理结构5、降温处理结构6和废水制冷结构7；
破岩废水流通结构1包括进水口1.1、自流口1.2、吸水口1.3、净水管1.4和泥/砂水混流管1.5；
净化处理结构2上方设置进水口1.1；
储水仓8上方设置净化处理结构2、下方设置加压处理结构4；
自流口1.2设置在储水仓8下端中部；储水仓8与加压处理结构4之间通过自流口1.2连通；
加压处理结构4设置在储水仓8下部；加压处理结构4与水力-机械联合破岩TBM装置A的水刀外接水管道6A连接；
净水管1.4一端与加压处理结构4连接、另一端与消毒处理结构5连接；
降温处理结构6与消毒处理结构5连接；
净化处理结构2通过泥/砂水混流管1.5与废水制冷结构7连接。
进一步地，净化处理结构2自上而下包括第一过滤层2.1、第二过滤层2.2和第三过滤层2.3；
第二过滤层2.2位于第一过滤层2.1与第三过滤层2.3之间；
第一过滤层2.1和第二过滤层2.2的横截面均呈梯形；第三过滤层2.3呈正方形；
第一过滤层2.1为粗粒砂过滤层；第二过滤层2.2为细砂过滤层；第三过滤层2.3为泥浆及悬浮物过滤层。
进一步地，废水制冷结构7包括液氮仓7.1、液氮喷嘴7.2、废水制冰仓7.3、定开阀门7.4、柱塞泵7.5和推板7.6；
液氮仓7.1位于废水制冰仓7.3上端；液氮喷嘴7.2安装在液氮仓7.1下端、且位于废水制冰仓7.3上端；液氮喷嘴7.2有多个；
定开阀门7.4安装在废水制冰仓7.3侧方；
柱塞泵7.5和推板7.6均位于废水制冰仓7.3下部、且位于后支撑5A与皮带输送机12A之间；
泥/砂水混流管1.5一端与废水制冰仓7.3上部连通、另一端与第一过滤层2.1连通。
进一步地，加压处理结构4包括一级泵仓4.1、一级增压泵4.2、中压管4.3、二级泵仓4.4和二级增压泵4.5；
一级增压泵4.2位于一级泵仓4.1内；
二级增压泵4.5位于二级泵仓4.4内；
一级泵仓4.1通过中压管4.3与二级泵仓4.4连接。
更进一步地，消毒处理结构5包括消毒层5.1和吸水泵5.2；消毒层5.1与吸水泵5.2连接；
净水管1.4一端与一级泵仓4.1上部连接、另一端与吸水泵5.2连接；
降温处理结构6包括冷水仓6.1和过冷水仓6.2；
冷水仓6.1位于过冷水仓6.2、消毒层5.1和吸水泵5.2的外周；
过冷水仓6.2分别与消毒层5.1、雾化喷头3连接。
更进一步地，水力-机械联合破岩TBM装置A包括联合破岩TBM刀盘1A、水刀旋转调节部2A、旋转驱动3A、推进油缸4A、后支撑5A、水刀外接水管道6A、水仓7A、外机架8A、外机架上撑靴9A、油压缸10A、护盾11A、皮带输送机12A和铲斗13A；
水力截割滚刀喷嘴1.1A设置在联合破岩TBM刀盘1A上；水力截割滚刀喷嘴1.1A通过高压水管道1.2A与水刀旋转调节部2A连接；
水刀旋转调节部2A通过水刀外接水管道6A与水仓7A连接；
旋转驱动3A位于联合破岩TBM刀盘1A后方；水刀旋转调节部2A安装在旋转驱动3A内；
外机架8A设置在旋转驱动3A外周；外机架8A通过油压缸10A与护盾11A连接；
外机架8A后方通过推进油缸4A与外机架上撑靴9A连接；
皮带输送机12A位于旋转驱动3A与外机架8A之间；
铲斗13A位于皮带输送机12A端部、且位于联合破岩TBM刀盘1A后方。
水刀外接水管道6A为可伸缩水管。
参阅附图可知：所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，包括如下步骤，
步骤一：水力-机械联合破岩TBM装置A进行水力切割破岩；
步骤二：高压水流经过射流通道从联合破岩TBM刀盘1A上的水力截割滚刀喷嘴1.1A喷射到待开挖岩石上后，流进掘进隧道，与其它工作废水汇集，成为破岩废水；
废水处理装置B对破岩废水进行处理；
步骤三：经废水处理装置B处理后的破岩废水进行循环利用。
进一步地，在步骤一中，水力-机械联合破岩TBM装置A进行水力切割破岩，包括如下步骤：
S11：将联合破岩TBM刀盘1A对准待开挖洞室位置(即对准掌子面)；
S12：固定TBM的外机架8A，启动联合水力-机械联合破岩TBM装置A，使水力-机械联合破岩TBM装置A向前掘进一个行程；推进油缸4A伸长一个行程，联合破岩TBM刀盘1A及与联合破岩TBM刀盘1A连接的构件相应向前移动一个行程；
具体过程为：外机架上撑靴9A撑紧围岩洞壁，固定整个TBM的机架；水力-机械联合破岩TBM装置A上安装水力截割滚刀刀具的联合破岩TBM刀盘1A由旋转驱动3A驱动旋转，推进油缸4A向联合破岩TBM刀盘1A施加推力，水力-机械联合破岩TBM装置A被慢慢推出，向前掘进，后支撑5A提供支撑，水力截割滚刀刀具自身旋转的同时随联合破岩TBM刀盘1A旋转，破碎岩体；水力截割滚刀刀具破岩时高压水射流在水力截割滚刀刀具转动方向首先水力预裂，形成水刀切槽14A；然后水力截割滚刀刀具在水刀切槽14A上方滚压，形成机械滚刀轨迹，使岩渣崩落，崩落的岩渣由铲斗13A铲入皮带输送机12A(一般为带式输送机)，最后经皮带输送机12运至机后卸载；
S13：重复步骤一至步骤二，开始下一个行程作业，直至掘进到指定距离；即完成洞室开挖。
进一步地，当水刀外接水管道6A为可伸缩水管时，可伸缩水管通过位于TBM后部的水仓供水，可伸缩水管可以随着TBM的掘进，自由调节水管长度。
进一步地，水仓7A位于TBM后端已铺设轨道上，可以保证水量供给；水仓7A内设有加压装置及调节装置，可以为水力切割提供高压水，并能够通过调节高压水的水压、且控制高压水的流速。
进一步地，在步骤三中，经废水处理装置B处理后的破岩废水进行循环利用方式为：作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源；和/或作为对作业环境降温降尘的水源；和/或快速处理后运出；
当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理和加压处理；要实现对破岩废水处理继续作为进行水力切割破岩的高压水水源，要经过两个过程：一是对破岩废水进行净化处理；二是对处理过的水进行加压处理，满足水力破岩的要求；
当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理；要实现对破岩废水处理后作为对作业环境降温降尘的水源，要经过两个过程：一是对净化处理后的废水进行消毒处理，避免在喷射到作业环境中危害人体健康和腐蚀作业装置；二是对消毒后的水进行降温处理，达到满足对作业环境降温降尘的条件；
当破岩废水速处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理。
进一步地，当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置B依次对破岩废水进行净化处理的过程如下：
S21：掘进隧道里面的破岩废水从进水口1.1流入废水处理装置B，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓8中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：接下来便是对净化处理的水进行增压处理，为了减少生产成本，提高利用效率，选择采用两次增压来对净化处理后的破岩废水(净化处理后的破岩废水用作破岩的清洁水)进行增压，具体增加方式为：
储水仓8中的破岩废水流入一级泵仓4.1，通过一级增压泵4.2对破岩废水进行初次增压；初次增压后的破岩废水经过中压管4.3流入到二级泵仓4.4，通过二级增压泵4.5对破岩废水进行二次增压，使破岩废水达到满足水力破岩的条件；
至此完成对净化处理水的增压处理；
经过净化处理及两次增压处理的破岩废水，通过连接TBM可伸缩高压水管，再次作为水力破岩的高压水水源。
进一步地，当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置B依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理的过程如下：
S21：掘进隧道里面的破岩废水从进水口1.1流入废水处理装置B，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓8中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：破岩废水经过净化处理后流入到一级泵仓4.1内的水，通入吸水口1.3经净水管1.4输送到吸水泵5.2中；
通过吸水泵5.2的加压，净化后的破岩废水流进消毒层5.1进行消毒处理，最后输送到过冷水仓6.2，至此便完成对净化处理后的废水的消毒处理；
S23：经过冷水仓6.2对净化后的破岩废水进行降温处理，使净化后的破岩废水的温度达到零度以下的流动状态，实现对消毒后的破岩废水的降温处理；
至此完成对消毒后的水进行降温处理，达到满足对作业环境降温降尘的条件；
降温后的破岩废水通过雾化喷头喷射到作业环境，进行降温除尘。
更进一步地，三层过滤层过滤方式具体为：
经过第一过滤层除去废水中大直径的颗粒物；第一层为粗粒砂过滤层，用于除去废水中大直径的颗粒物；
经过第二过滤层除去废水中小直径的颗粒物；第二层为细砂过滤层，用于除去废水中小直径的颗粒物；
经过第三过滤层除去废水中的悬浮颗粒物；第三层为泥浆及悬浮物过滤层，用于除去废水中的悬浮颗粒物。
更进一步地，当破岩废水处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理的过程如下：
S21：掘进隧道里面的废水从进水口1.1流入废水处理装置B，经过第一过滤层2.1除去废水中大直径的颗粒物后，滤出的泥/砂水通过泥/砂水混流管1.5输送到废水制冰仓7.3内；
S22：位于废水制冰仓7.3的上部的液氮仓7.1通过液氮喷嘴7.2喷射液氮对泥/砂水进行降温凝固处理，使泥/砂水变成固体；
S23：通过设置预先在实验条件下得到的时间条件，控制定开阀门7.4的定时开关；
当未达到时间时，定开阀门7.4关闭，重复步骤S21至S22；
当达到时间要求后，定开阀门7.4打开，在柱塞泵7.5的作用下，推板7.6将废水制冷仓7.3底部的泥/砂水固体推出废水制冷仓7.3，运送到连接后支撑5A的TBM皮带输送机12A上，再经皮带输送机12A运出去(运输至地面处理)。
为了能够更加清楚的说明本发明所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统及废水处理方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：
Figure BDA0002924101510000131
Figure BDA0002924101510000141
由上表可知，本发明所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统及废水处理方法与现有技术相比，破岩方式为机械-水力联合破岩，破岩废水处理方式包括净化处理、加压处理、消毒处理、降温处理和废水制冷处理，破岩的同时能处理破岩废水，工作效率提高，生产成本降低。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (10)

1.一种水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：包括水力-机械联合破岩TBM装置(A)和废水处理装置(B)；
废水处理装置(B)与水力-机械联合破岩TBM装置(A)的水仓连接；
废水处理装置(B)包括净化处理结构(2)、加压处理结构(4)、消毒处理结构(5)、降温处理结构(6)和废水制冷结构(7)；
破岩废水流通结构(1)包括进水口(1.1)、自流口(1.2)、吸水口(1.3)、净水管(1.4)和泥/砂水混流管(1.5)；
净化处理结构(2)上方设置进水口(1.1)；
储水仓(8)上方设置净化处理结构(2)、下方设置加压处理结构(4)；
自流口(1.2)设置在储水仓(8)下端中部；储水仓(8)与加压处理结构(4)之间通过自流口(1.2)连通；
加压处理结构(4)与水力-机械联合破岩TBM装置(A)的水刀外接水管道(6A)连接；
净水管(1.4)一端与加压处理结构(4)连接、另一端与消毒处理结构(5)连接；
降温处理结构(6)与消毒处理结构(5)连接；
净化处理结构(2)通过泥/砂水混流管(1.5)与废水制冷结构(7)连接。
2.根据权利要求1所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：净化处理结构(2)自上而下包括第一过滤层(2.1)、第二过滤层(2.2)和第三过滤层(2.3)；
第二过滤层(2.2)位于第一过滤层(2.1)与第三过滤层(2.3)之间；
第一过滤层(2.1)和第二过滤层(2.2)的横截面均呈梯形；第三过滤层(2.3)呈正方形；
第一过滤层(2.1)为粗粒砂过滤层；第二过滤层(2.2)为细砂过滤层；第三过滤层(2.3)为泥浆及悬浮物过滤层。
3.根据权利要求2所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：废水制冷结构(7)包括液氮仓(7.1)、液氮喷嘴(7.2)、废水制冰仓(7.3)、定开阀门(7.4)、柱塞泵(7.5)和推板(7.6)；
液氮仓(7.1)位于废水制冰仓(7.3)上端；液氮喷嘴(7.2)安装在液氮仓(7.1)下端、且位于废水制冰仓(7.3)上端；液氮喷嘴(7.2)有多个；
定开阀门(7.4)安装在废水制冰仓(7.3)侧方；
柱塞泵(7.5)和推板(7.6)均位于废水制冰仓(7.3)下部、且位于后支撑(5A)与皮带输送机(12A)之间；
泥/砂水混流管(1.5)一端与废水制冰仓(7.3)上部连通、另一端与第一过滤层(2.1)连通。
4.根据权利要求3所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：加压处理结构(4)包括一级泵仓(4.1)、一级增压泵(4.2)、中压管(4.3)、二级泵仓(4.4)和二级增压泵(4.5)；
一级增压泵(4.2)位于一级泵仓(4.1)内；
二级增压泵(4.5)位于二级泵仓(4.4)内；
一级泵仓(4.1)通过中压管(4.3)与二级泵仓(4.4)连接。
5.根据权利要求4所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统，其特征在于：消毒处理结构(5)包括消毒层(5.1)和吸水泵(5.2)；消毒层(5.1)与吸水泵(5.2)连接；
净水管(1.4)一端与一级泵仓(4.1)连接、另一端与吸水泵(5.2)连接；
降温处理结构(6)包括冷水仓(6.1)和过冷水仓(6.2)；
冷水仓(6.1)位于过冷水仓(6.2)、消毒层(5.1)和吸水泵(5.2)的外周；
过冷水仓(6.2)分别与消毒层(5.1)、雾化喷头(3)连接。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：水力-机械联合破岩TBM装置(A)进行水力切割破岩；
步骤二：高压水流经过射流通道从联合破岩TBM刀盘(1A)上的水力截割滚刀喷嘴(1.1A)喷射到待开挖岩石上后，流进掘进隧道，与其它工作废水汇集，成为破岩废水；
废水处理装置(B)对破岩废水进行处理；
步骤三：经废水处理装置(B)处理后的破岩废水进行循环利用。
7.根据权利要求6所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：在步骤三中，经废水处理装置(B)处理后的破岩废水进行循环利用方式为：作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源；和/或作为对作业环境降温降尘的水源；和/或快速处理后运出；
当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理和加压处理；
当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理；
当破岩废水处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理。
8.根据权利要求7所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：当破岩废水作为步骤一中水力切割破岩的高压水水源时，在步骤二中，废水处理装置(B)依次对破岩废水进行净化处理的过程如下：
S21：掘进隧道内的破岩废水从进水口(1.1)流入废水处理装置(B)，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓(8)中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：采用两次增压对净化处理后的破岩废水进行增压，具体增加方式为：
储水仓(8)中的破岩废水流入一级泵仓(4.1)，通过一级增压泵(4.2)对破岩废水进行初次增压；初次增压后的破岩废水经过中压管(4.3)流入到二级泵仓(4.4)，通过二级增压泵(4.5)对破岩废水进行二次增压，使破岩废水达到满足水力破岩的条件；
至此完成对净化处理水的增压处理。
9.根据权利要求8所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：当破岩废水作为对作业环境降温降尘的水源时，在步骤二中，废水处理装置(B)依次对破岩废水进行净化处理、消毒处理和降温处理的过程如下：
S21：掘进隧道内的破岩废水从进水口(1.1)流入废水处理装置(B)，废水在自重的作用下依次流经三层过滤层过滤，实现对破岩废水的净化处理，净化处理之后的破岩水流入到储水仓(8)中，至此完成对破岩废水的净化处理；
S22：破岩废水经过净化处理后流入到一级泵仓(4.1)内的水，通入吸水口(1.3)经净水管(1.4)输送到吸水泵(5.2)中；
通过吸水泵(5.2)的加压，净化后的破岩废水流进消毒层(5.1)进行消毒处理，最后输送到过冷水仓(6.2)，至此便完成对净化处理后的废水的消毒处理；
S23：经过冷水仓(6.2)对净化后的破岩废水进行降温处理，使净化后的破岩废水的温度达到零度以下的流动状态，实现对消毒后的破岩废水的降温处理；
至此完成对消毒后的水进行降温处理，达到满足对作业环境降温降尘的条件。
10.根据权利要求9所述的水力机械联合破岩与废水处理一体化TBM系统的施工方法，其特征在于：当破岩废水处理后运出时，依次进行初级净化处理、降温凝固处理的过程如下：
S21：掘进隧道里面的废水从进水口(1.1)流入废水处理装置(B)，经过第一过滤层(2.1)除去废水中大直径的颗粒物后，滤出的泥/砂水通过泥/砂水混流管(1.5)输送到废水制冰仓(7.3)内；
S22：位于废水制冰仓(7.3)的上部的液氮仓(7.1)通过液氮喷嘴(7.2)喷射液氮对泥/砂水进行降温凝固处理，使泥/砂水变成固体；
S23：通过设置时间条件，控制定开阀门(7.4)的定时开关；
当未达到时间时，定开阀门(7.4)关闭，重复步骤S21至S22；
当达到时间要求后，定开阀门(7.4)打开，在柱塞泵(7.5)的作用下，推板(7.6)将废水制冷仓(7.3)底部的泥/砂水固体推出废水制冷仓(7.3)，运送到连接后支撑(5A)的TBM皮带输送机(12A)上，再经皮带输送机(12A)运输至地面处理从而运出去。
CN202110126217.7A 2021-01-29 2021-01-29 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法 Active CN112922617B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110126217.7A CN112922617B (zh) 2021-01-29 2021-01-29 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110126217.7A CN112922617B (zh) 2021-01-29 2021-01-29 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112922617A true CN112922617A (zh) 2021-06-08
CN112922617B CN112922617B (zh) 2022-02-15

Family

ID=76168559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110126217.7A Active CN112922617B (zh) 2021-01-29 2021-01-29 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112922617B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116354536A (zh) * 2022-11-30 2023-06-30 中铁环境科技工程有限公司 一种tbm内置的污水净化系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000021296U (ko) * 1999-05-25 2000-12-26 김충경 녹크식 수성 볼펜용 팁의 심부구조
CN201241706Y (zh) * 2008-08-19 2009-05-20 中铁十八局集团有限公司 敞开式隧道掘进机废水循环再利用装置
CN109252871A (zh) * 2018-10-08 2019-01-22 中铁华隧联合重型装备有限公司 泥水式tbm与泥水平衡式盾构机及其控制方法
CN209354149U (zh) * 2018-11-27 2019-09-06 中铁工程装备集团有限公司 一种基于高速粒子冲击—机械联合破岩的新型隧道掘进机
CN110410093A (zh) * 2019-08-31 2019-11-05 中铁工程装备集团有限公司 一种高压水空化破岩tbm及其施工方法
CN111520156A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 中国矿业大学 一种聚能射流破岩与流态化运载系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000021296U (ko) * 1999-05-25 2000-12-26 김충경 녹크식 수성 볼펜용 팁의 심부구조
CN201241706Y (zh) * 2008-08-19 2009-05-20 中铁十八局集团有限公司 敞开式隧道掘进机废水循环再利用装置
CN109252871A (zh) * 2018-10-08 2019-01-22 中铁华隧联合重型装备有限公司 泥水式tbm与泥水平衡式盾构机及其控制方法
CN209354149U (zh) * 2018-11-27 2019-09-06 中铁工程装备集团有限公司 一种基于高速粒子冲击—机械联合破岩的新型隧道掘进机
CN110410093A (zh) * 2019-08-31 2019-11-05 中铁工程装备集团有限公司 一种高压水空化破岩tbm及其施工方法
CN111520156A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 中国矿业大学 一种聚能射流破岩与流态化运载系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116354536A (zh) * 2022-11-30 2023-06-30 中铁环境科技工程有限公司 一种tbm内置的污水净化系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112922617B (zh) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110671041B (zh) 多功能掘进一体机
CN103244119A (zh) 高压水射流在掘进机刀盘中的布置方法和结构
CN111173555A (zh) 一种底抽巷梳状长钻孔的钻冲一体化施工工艺
CN112922617B (zh) 水力机械联合破岩与废水处理一体化tbm系统及方法
CN205370591U (zh) 隧道二衬养护及降尘台车
CN108894755B (zh) 一种海底天然气水合物开采系统及方法
CN110410093A (zh) 一种高压水空化破岩tbm及其施工方法
CN108856187A (zh) 管道疏通器
CN204457805U (zh) Tbm同步清理台车
JP5575545B2 (ja) 噴射式揚砂システム
CN202360090U (zh) 水切分割采煤方法用的水切分割采煤机
CN110454185B (zh) 一种用于隧道掘进机的高压水辅助破岩系统及施工方法
CN101649742A (zh) 简便水力采矿方法及设备
CN211774039U (zh) 一种基于移动平台的清淤系统
CN202745867U (zh) 水刀采煤机
CN202402037U (zh) 水刀采煤机
CN111810151A (zh) 一种一体式矿用切割破碎出渣的装载机
CN203081478U (zh) 井下制冷通风机组
CN112483110B (zh) 基于斜切角高压冰射流时空布置的刀盘的破岩方法及装置
RU2420660C1 (ru) Способ гидромеханической зачистки рудной мелочи с почвы выработанного пространства
CN110905521B (zh) 一种竖井掘进机用冲刷泥浆环流出渣系统
CN203296774U (zh) 新型采矿机
CN102720429A (zh) 一种液压驱动的凿岩装置
CN112897720A (zh) 一种矿用钻孔冲洗液渣水分离并废水循环利用系统及方法
CN219587506U (zh) 一种新型具有废石清理用反循环钻机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant