CN114291878B - 一种用于盾构泥浆分离的装置及其分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置及其分离方法，属于盾构机辅助设备技术领域，包括泥浆脉冲流发生器、壳体和环形布水系统，泥浆脉冲流发生器通过管道与环形布水系统连通，环形布水系统位于壳体的底部，壳体的内壁上安装有三组液下推流器，壳体的中心处设有中心筒，中心筒与壳体同轴，壳体的外顶部设有排气阀，壳体内的上部设有出水溢流堰，中心筒的底部设有排泥管，排泥管穿过壳体的底部向外伸出，中心筒的侧壁上设有电动翻板排泥窗，环形布水系统的底部设有排泥管，排泥管与中心筒连通，能够有效的分离泥浆中水与泥渣，减少废料占用的体积，分离出来的水可以循环利用。

Description

一种用于盾构泥浆分离的装置及其分离方法

技术领域

本发明属于盾构机辅助设备技术领域，更具体来说，涉及一种用于盾构泥浆分离的装置及其分离方法。

背景技术

目前，随着我国经济的快速发展，城市化进程空前加速，城市化范围日益扩大。与之而来的城市用地紧张、交通堵塞及环境恶化等问题日益突出。城市地下空间的开发、地铁及城际高速铁路的修建逐渐成为解决这一问题的重要途径。我国城市环境建筑物密集，人流量及车流量巨大，隧道的修建将不得不面临来自地面交通及环境影响的压力。在隧道的施工工法中，盾构法由于具有众多优点，逐渐成为城市环境下交通隧道的主流施工方法。相比于明挖法、浅埋暗挖法等工法，盾构法更能适应我国当前社会发展状况和经济发展需求。

然而，随着地下空间开发深度、密度的增加，盾构隧道的建设也迎来了诸多发展机遇，同时也面临这各种挑战。其中，盾构掘进过程中产生的大量废弃渣土和废浆给城市环境带来了多方面的难题。渣土与废浆的脱水、运输、堆填等过程均会对环境产生较大的不利影响。在泥浆平衡盾构掘进过程中，掘削产生的渣土与新注入的泥浆混合会形成大量废浆，须通过排浆泵及输送管道将废浆输送至地面处理站进行处理，之后才能进一步回用于盾构环流系统。目前盾构渣土泥浆的处理方法还存在诸多问题，包括大面积场地需求，泥渣板结堵塞等。因此，急需一种有效的解决方案，以对上述泥浆进行有效、快速的现场地面处理。

因盾构技术受限于国外，目前国内针对盾构泥浆的处理工艺研究匮乏，多直接应用落后的成套设备，预筛分后直接旋流除砂处理，为满足处理效果，往往还需增加二级旋流除砂甚至三级，不满足当前绿色施工发展的需要，因此用于盾构泥浆高效分离的装置对盾构工程安全绿色施工具有重要的指导意义，有助于巩固和提升施工形象。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决上述的缺陷。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置，包括泥浆脉冲流发生器、壳体和环形布水系统，泥浆脉冲流发生器通过管道与环形布水系统连通，环形布水系统位于壳体的底部，壳体的内壁上安装有三组液下推流器，壳体的中心处设有中心筒，中心筒与壳体同轴，壳体的外顶部设有排气阀，壳体内的上部设有出水溢流堰，中心筒的底部设有排泥管，排泥管穿过壳体的底部向外伸出，中心筒的侧壁上设有电动翻板排泥窗，环形布水系统的底部设有排泥管，排泥管与中心筒连通。

优选的，环形布水系统包括环形主管、辐射管和喷嘴，环形主管由多个环形的圆管同心设置而成，多个环形的圆管的直径呈等差数列形式，环形主管上设有若干个辐射管，辐射管绕着环形主管等间角排列，辐射管的中心轴穿过环形主管的圆心，辐射管上设有多个喷嘴，辐射管与环形主管连通，环形主管通过管道与泥浆脉冲流发生器连通。

优选的，泥浆脉冲流发生器包括回流管和电控阀，回流管的一端连通管道，另一端外接泥浆池，电控阀安装在回流管上，回流管与管道的截面面积比为2:3。

优选的，壳体内分为五个区域，自上而下依次为出水区、膨胀区、悬浮区、收缩区和进浆区，出水溢流堰位于出水区，三组液下推流器分为位于膨胀区、悬浮区和收缩区，电动翻板排泥窗位于收缩区。

优选的，三组液下推流器均包括6个液下推流器，6个液下推流器等间角的安装在壳体的内壁上，液下推流器的喷射方向与该液下推流器到壳体中轴的连线成60°角。

优选的，中心筒的顶部与壳体的上顶固定连接，排气阀与中心筒连通。

一种用于盾构泥浆分离的装置的使用方法，使用方法包括以下步骤：

S1，电控阀关闭形成脉冲峰值阶段；

S2，泥浆全部通过管道输送至环形布水系统；

S3，泥浆从环形布水系统的喷嘴喷射至壳体内；

S4，泥浆在壳体内形成膨胀区、悬浮区和收缩区三种密度状态；

S5，泥浆在悬浮区发生触絮凝效应，泥渣始终处于悬浮状态；

S6，电控阀打开形成脉冲谷值阶段；

S7，电动翻板排泥窗打开，收缩区内的泥浆进入中心筒。

优选的，步骤S4的具体内容为泥浆喷射至壳体内后，泥浆之间相互碰撞，加上重力作用，泥浆在壳体内逐渐成分层状态，对应形成膨胀区、悬浮区和收缩区。

优选的，步骤S6的具体内容，当电控阀打开后，部分泥浆通过回流管回流至泥浆池，从喷嘴喷射的泥浆量降低，喷射高度和冲击力下降，此时的泥浆大部分进入收缩区，接触絮凝效应减弱过滤效果增强，泥浆中的水持续上升从出水溢流堰流出，被过滤的杂质留在收缩区。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置，装置巧妙的应用脉冲流使泥渣悬浮层产生周期性的膨胀和收缩，不仅有利于悬浮泥渣的接触絮凝，还可防止颗粒在底部沉积，本装置能够显著提升盾构泥浆的分离效率，减少处理站能耗和占地，实现盾构绿色环保施工，有效提升我国隧道建设的绿色生态环保功能，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置的结构示意图；

图2为本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置的壳体的剖视结构示意图；

图3为本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置的环形布水系统的结构示意图；

图4为本发明的一种用于盾构泥浆分离的装置的环形主管与管道的连接示意图。

示意图中的标号说明：

100、泥浆脉冲流发生器；110、回流管；120、电控阀；

200、壳体；210、液下推流器；220、中心筒；221、电动翻板排泥窗；230、排气阀；240、排泥管；250、出水溢流堰；

300、环形布水系统；310、环形主管；320、辐射管；330、喷嘴；

400、管道；

a、出水区；b、膨胀区；c、悬浮区；d、收缩区；e、进浆区。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照附图1-图4所示，本实施例的一种用于盾构泥浆分离的装置，包括泥浆脉冲流发生器100、壳体200和环形布水系统300，泥浆脉冲流发生器100通过管道400与环形布水系统300连通，环形布水系统300位于壳体200的底部，壳体200的内壁上安装有三组液下推流器210，壳体200的中心处设有中心筒220，中心筒220与壳体200同轴，壳体200的外顶部设有排气阀230，壳体200内的上部设有出水溢流堰250，中心筒220的底部设有排泥管240，排泥管240穿过壳体200的底部向外伸出，中心筒220的侧壁上设有电动翻板排泥窗221，环形布水系统300的底部设有排泥管240，排泥管240与中心筒220连通，此设计中的出水溢流堰250，为一个上端开口的管道，当水面高于管道时，水通过开口进入管道最后流出。

本实施例的环形布水系统300包括环形主管310、辐射管320和喷嘴330，环形主管310由多个环形的圆管同心设置而成，多个环形的圆管的直径呈等差数列形式，环形主管310上设有若干个辐射管320，辐射管320绕着环形主管310等间角排列，辐射管320的中心轴穿过环形主管310的圆心，辐射管320上设有多个喷嘴330，辐射管320与环形主管310连通，环形主管310通过管道400与泥浆脉冲流发生器100连通，此设计的结构，多个环形的圆管包括三个环形的圆管，管道400分六个支管分别进入三个圆管内，辐射管320上的喷嘴330的直径从外至内依次减小，此设计保证了喷射的均匀性，六个支管对称与环形的圆管连接。

本实施例的泥浆脉冲流发生器100包括回流管110和电控阀120，回流管110的一端连通管道400，另一端外接泥浆池，电控阀120安装在回流管110上，回流管110与管道400的截面面积比为2:3。

本实施例的壳体200内分为五个区域，自上而下依次为出水区a、膨胀区b、悬浮区c、收缩区d和进浆区e，出水溢流堰250位于出水区a，三组液下推流器210分为位于膨胀区b、悬浮区c和收缩区d，电动翻板排泥窗221位于收缩区d。

本实施例的三组液下推流器210均包括6个液下推流器210，6个液下推流器210等间角的安装在壳体200的内壁上，液下推流器210的喷射方向与该液下推流器210到壳体200中轴的连线成60°角。

本实施例的中心筒220的顶部与壳体200的上顶固定连接，排气阀230与中心筒220连通。

当电控阀120打开时，从泥浆池抽出的泥浆部分通过回流管110回流至泥浆池，部分通过管道400进入环形布水系统300，当电控阀120关闭时，从泥浆池抽出的泥浆全部通过管道400进入环形布水系统300，因此，电控阀120周期性开关，可以使得从环形布水系统300中喷射的泥浆周期性变化，形成脉冲效果。

本装置位于盾构泥浆环流系统中，地面泥浆处理站，前置预筛分设备，后置泥浆调节设备，承担泥浆分离功能。装置处于脉冲峰值阶段时，前置预筛分配备的泥浆泵开启，电控阀120关闭，泥浆足量送入本装置，通过环形布水系统300均匀分布，保证单位面积布水强度一致，在此强度下，悬浮区c内悬浮泥渣层膨胀升高，发生接触絮凝效应，净化泥浆杂质，净化后的水继续上升通过出水溢流堰250出水，在此阶段时，电动翻板排泥窗221关闭，底部排泥管240打开，排出上个周期的沉泥，液下推流器210关闭，不需产生旋流。

装置处于脉冲谷值阶段时，前置预筛分配备的泥浆泵开启，回流管110上的电控阀120打开，约60％的泥浆送入本装置，40％的泥浆回流至前池发挥混合作用。在此强度下，悬浮区c内悬浮泥渣层收缩降低，接触絮凝效应减弱过滤效果增强，净化后的水继续上升通过出水溢流堰250出水，同时底部泥浆浓度持续升高。在此阶段，电动翻板排泥窗221开启，底部电动排泥阀关闭，高浓度泥浆进入装置中心筒220进一步沉淀；液下推流器210开启，产生旋流，在向心力作用下将高浓度污泥送入电动翻板排泥窗221内。

一种用于盾构泥浆分离的装置的使用方法，使用方法包括以下步骤：

S1，电控阀120关闭形成脉冲峰值阶段；

S2，泥浆全部通过管道400输送至环形布水系统300；

S3，泥浆从环形布水系统300的喷嘴330喷射至壳体200内；

S4，泥浆在壳体200内形成膨胀区b、悬浮区c和收缩区d三种密度状态；

S5，泥浆在悬浮区c发生触絮凝效应，泥渣始终处于悬浮状态；

S6，电控阀120打开形成脉冲谷值阶段；

S7，电动翻板排泥窗221打开，收缩区d内的泥浆进入中心筒220。

本实施例的步骤S4的具体内容为泥浆喷射至壳体200内后，泥浆之间相互碰撞，加上重力作用，泥浆在壳体200内逐渐成分层状态，对应形成膨胀区b、悬浮区c和收缩区d。

本实施例的步骤S6的具体内容，当电控阀120打开后，部分泥浆通过回流管110回流至泥浆池，从喷嘴330喷射的泥浆量降低，喷射高度和冲击力下降，此时的泥浆大部分进入收缩区d，接触絮凝效应减弱过滤效果增强，泥浆中的水持续上升从出水溢流堰250流出，被过滤的杂质留在收缩区d。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：包括泥浆脉冲流发生器(100)、壳体(200)和环形布水系统(300)，所述泥浆脉冲流发生器(100)通过管道(400)与环形布水系统(300)连通，所述环形布水系统(300)位于壳体(200)的底部，所述壳体(200)的内壁上安装有三组液下推流器(210)，所述壳体(200)的中心处设有中心筒(220)，所述中心筒(220)与壳体(200)同轴，所述壳体(200)的外顶部设有排气阀(230)，所述壳体(200)内的上部设有出水溢流堰(250)，所述中心筒(220)的底部设有排泥管(240)，所述排泥管(240)穿过壳体(200)的底部向外伸出，所述中心筒(220)的侧壁上设有电动翻板排泥窗(221)，所述环形布水系统(300)的底部设有排泥管(240)，所述排泥管(240)与中心筒(220)连通；

所述泥浆脉冲流发生器(100)包括回流管(110)和电控阀(120)，所述回流管(110)的一端连通管道(400)，另一端外接泥浆池，所述电控阀(120)安装在回流管(110)上，所述回流管(110)与管道(400)的截面面积比为2:3；

所述环形布水系统(300)包括环形主管(310)、辐射管(320)和喷嘴(330)，所述环形主管(310)由多个环形的圆管同心设置而成，所述多个环形的圆管的直径呈等差数列形式，所述环形主管(310)上设有若干个辐射管(320)，所述辐射管(320)绕着环形主管(310)等间角排列，辐射管(320)的中心轴穿过环形主管(310)的圆心，所述辐射管(320)上设有多个喷嘴(330)，所述辐射管(320)与环形主管(310)连通，所述环形主管(310)通过管道(400)与泥浆脉冲流发生器(100)连通；

所述用于盾构泥浆分离的装置的分离方法如下：

S1，电控阀(120)关闭形成脉冲峰值阶段；

S2，泥浆全部通过管道(400)输送至环形布水系统(300)；

S3，泥浆从环形布水系统(300)的喷嘴(330)喷射至壳体(200)内；

S4，泥浆在壳体(200)内形成膨胀区(b)、悬浮区(c)和收缩区(d)三种密度状态；

S5，泥浆在悬浮区(c)发生触絮凝效应，泥渣始终处于悬浮状态；

S6，电控阀(120)打开形成脉冲谷值阶段；

S7，电动翻板排泥窗(221)打开，收缩区(d)内的泥浆进入中心筒(220)。

2.据权利要求1所述的用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：所述壳体(200)内分为五个区域，自上而下依次为出水区(a)、膨胀区(b)、悬浮区(c)、收缩区(d)和进浆区(e)，所述出水溢流堰(250)位于出水区(a)，所述三组液下推流器(210)分为位于膨胀区(b)、悬浮区(c)和收缩区(d)，所述电动翻板排泥窗(221)位于收缩区(d)。

3.据权利要求1所述的用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：所述三组液下推流器(210)均包括6个液下推流器(210)，所述6个液下推流器(210)等间角的安装在壳体(200)的内壁上，所述液下推流器(210)的喷射方向与该液下推流器(210)到壳体(200)中轴的连线成60°角。

4.据权利要求1所述的用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：所述中心筒(220)的顶部与壳体(200)的上顶固定连接，所述排气阀(230)与中心筒(220)连通。

5.根据权利要求1所述的用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：所述步骤S4的具体内容为泥浆喷射至壳体(200)内后，泥浆之间相互碰撞，加上重力作用，泥浆在壳体(200)内逐渐成分层状态，对应形成膨胀区(b)、悬浮区(c)和收缩区(d)。

6.根据权利要求1所述的用于盾构泥浆分离的装置，其特征在于：所述步骤S6的具体内容为当电控阀(120)打开后，部分泥浆通过回流管(110)回流至泥浆池，从喷嘴(330)喷射的泥浆量降低，喷射高度和冲击力下降，此时的泥浆大部分进入收缩区(d)，接触絮凝效应减弱过滤效果增强，泥浆中的水持续上升从出水溢流堰(250)流出，被过滤的杂质留在收缩区(d)。

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