CN115142861A - 泥浆环流系统、盾构机及泥浆环流系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥浆环流系统、盾构机及泥浆环流系统的使用方法，泥浆环流系统包括环流模块，包括进浆口和排浆口，其中进浆口上设有进浆管，排浆口上设有排浆管；消能管，靠近进浆管设置；若干管道，用于分别连接进浆管、排浆管和消能管，以形成回路；若干备用管，设置在进浆管和消能管之间，备用管与进浆管之间具有连接的第一状态和断开的第二状态，至少一根备用管处于第一状态时能够延长进浆管与消能管之间的管路长度。通过将消能管安装在进浆管处，在掘进环流时，泥浆从泥水站出发，经过消能管对冲，经备用管在合适位置缓冲，降低泥浆下落的压力，显著减少盾构机深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门止水密封。

Description

泥浆环流系统、盾构机及泥浆环流系统的使用方法

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别涉及一种泥浆环流系统、盾构机及泥浆环流系统的使用方法。

背景技术

在小空间、高埋深的地下环境下，泥水平衡盾构机在分体始发建仓及前期低速掘进阶段，地面泥水站与井下盾构机落差过大，泥水盾构机在土仓内建泥水仓过程中，建仓过程中会产生显著的“水锤效应”，导致土仓建仓时压力快速升高而爆仓、破坏始发洞门密封。同时，在分体始发过程，由于土仓内泥浆流速较慢，土仓泥水压力高、密度大于地下水，会导致泥浆往地层内渗透，泥浆突然“丢失”现象。

现有技术中很少有针对高落差泥水盾构始发的相关问题出具解决方案。常规手段大多为建仓时采用关闸阀减流量的方式，但“水锤效应”仍十分显著，建仓的时候容易穿仓。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种泥浆环流系统，能够显著减少盾构机在深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门的止水密封。

本发明还提出一种包括上述泥浆环流系统的盾构机。

本发明还提出一种泥浆环流系统的使用方法。

根据本发明第一方面实施例的泥浆环流系统，包括：

环流模块，包括进浆口和排浆口，其中所述进浆口上设有进浆管，所述排浆口上设有排浆管；

消能管，靠近所述进浆管设置；

若干管道，用于分别连接所述进浆管、所述排浆管和所述消能管，以形成回路；

泵模块，设置在所述回路，用于为液体增压；

若干备用管，设置在所述进浆管和所述消能管之间，所述备用管与所述进浆管之间具有连接的第一状态和断开的第二状态，至少一根所述备用管处于第一状态时能够延长所述进浆管与所述消能管之间的管路长度。

根据本发明的第一方面实施例的泥浆环流系统，至少具有如下有益效果：通过将消能管安装在进浆管处，在掘进环流时，泥浆从泥水站出发，经过消能管对冲，经备用管在合适位置缓冲，降低泥浆下落的压力，显著减少盾构机深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门止水密封。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述消能管包括旁通管和主管，所述主管连接所述回路，所述旁通管的两端分别连通所述主管的两个预设位置，两个所述预设位置之间设有至少一个阀。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述的泥浆环流系统还包括液压控制模块，所述液压控制模块包括传感器，所述传感器用于检测所述主管内的流量，所述液压控制模块用于接收所述传感器的信息，所述液压控制用于模块控制所述阀。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述泵模块包括送浆泵和第一排浆泵，部分的所述管道分别设置在所述送浆泵和所述第一排浆泵，使所述送浆泵与所述进浆管连接，所述送浆泵与所述消能管连接，所述第一排浆泵与所述排浆管连接，所述第一排浆泵和所述消能管之间预留有盾构安装位。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述泵模块还包括第二排浆泵，部分的所述管道设置在所述第一排浆泵和所述第二排浆泵，使所述第一排浆泵与所述第二排浆泵连接，所述盾构安装位设置在所述第二排浆泵与所述消能管之间。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述盾构安装位配置有盾构泄压装置，所述盾构泄压装置用于盾构机在进洞后所述环流模块的消能泄压。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述的泥浆环流系统还包括泄压消能装置，所述环流模块配置有预埋的注浆管路，所述泄压消能装置用于为所述注浆管路泄压消能。

根据本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统，所述泄压消能装置包括球阀、压力表和泄压阀，所述注浆管路上设有应急注浆泵，所述应急注浆泵设置在所述泄压阀前，所述注浆管路的出口设置有废浆回收装置。

根据本发明第二方面实施例的盾构机，包括：如本发明的第一方面实施例所述的泥浆环流系统。

根据本发明第二方面实施例的盾构机，至少具有如下有益效果：此盾构机使用了上述的泥浆环流系统，能够在小空间、高埋深的地下掘进。

根据本发明第三方面实施例的泥浆环流系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：确认地面环流模块与井下盾构机的掘进深度，根据高度差选择至少一根备用管切换至第一状态，使至少一根所述备用管与进浆管连通；

S2：启动所述环流模块，通过泵模块将调制好的泥浆送出，泥浆经所述进浆管送出，通过泄压消能装置进行初步消能，泥浆流经所述备用管和消能管进一步消能后，经过盾构泄压装置并送入盾构机的土仓内，使盾构机掘进预设里程；

S3：流量环流参数步入正常后，调节所述泄压消能装置、调节所述盾构泄压装置和调节所述消能管上的阀，提高环流的流量，加快盾构机掘进速度；

S4：盾构机继续掘进预设里程后，将所述备用管切换至第二状态，所述消能管上的所述阀设置为常开，所述泄压消能装置和所述盾构泄压装置设置为稳定的预设阀口开度，进入正常模式。

根据本发明第三方面实施例的泥浆环流系统的使用方法，至少具有如下有益效果：该泥浆环流系统具有备用管和消能管，使得泥浆环流的高落差造成的水锤效应显著减轻，针对不同的掘进里程选择性地调节备用管的状态、调节消能管上的阀，保证掘进效率的前提下，显著减少盾构机在深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门的止水密封。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明实施例中备用管处于第一状态时的原理图；

图2为本发明实施例中备用管处于第二状态时的原理图；

图3为本发明实施例中消能管的结构示意图；

图4为本发明实施例中泄压消能装置的原理图；

图5为本发明实施例中盾构泄压装置的原理图。

附图标记：

环流模块1、进浆管2、排浆管10、注浆管路13；

备用管4；

送浆泵3、第一排浆泵9、第二排浆泵8、盾构安装位6；

消能管5、旁通管12、主管11、阀7；

泄压消能装置14、压力表15、球阀16、泄压阀17、应急注浆泵19；

废浆回收装置18、盾构泄压装置20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是至少两个，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图5，本发明第一方面实施例的泥浆环流系统，应用于盾构机，泥浆环流系统包括环流模块1、消能管5、若干管道和若干备用管4。

其中环流模块1包括进浆口和排浆口，其中进浆口上设有进浆管2，排浆口上设有排浆管10；可以理解的是，环流模块1为泥水站的一部分，用于泥水和泥浆的环流。进浆管2和排浆管10相配合保证盾构机的正常工作。具体的，在机械式盾构的刀盘的后侧，其刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室及泥膜支撑掌子面，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到地面泥浆处理系统，盾构推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用泥浆经泥浆泵送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓，经一系列设备分离、调置后泥浆重复循环使用。

其中消能管5靠近进浆管2设置，保证在泥水站将调制好的泥浆送出后，经消能管5对冲消能后再送入盾构机的土仓内，此时泥浆环流中由于高落差造成的水锤效应显著减轻，对洞门密封不会造成过大冲击。

其中各管道用于分别连接进浆管2、排浆管10和消能管5，以形成回路，保证泥浆等液体能够在环流模块1和盾构机之间往复循环流动。

其中泵模块设置在回路，用于为液体增压，保证泥浆环流和盾构机的正常工作。

其中具体参照图1至图2，备用管4设置在进浆管2和消能管5之间，备用管4与进浆管2之间具有连接的第一状态和断开的第二状态，至少一根备用管4处于第一状态时能够延长进浆管2与消能管5之间的管路长度。需要说明的是，为进一步减轻水锤效应的影响，可选择性地使用备用管4，当盾构始发时需要进一步缓冲，将合适数量的备用管4与进浆管2连接，使得泥浆在进入消能管5之前能够走过一段预设长度的管路，显而易见的，管路阻力损失与管路长度有关，管路越长，损失越大，因此延长泥浆从进浆管2到消能管5之间的管路长度，可以通过养成压力损失的方式实现缓冲，以减少“水锤效应”。随着始发掘进里程的推进，此时泥浆下落的压力已不大，备用管4与进浆管2断开，进入正常模式。

通过将消能管5安装在进浆管2处，在掘进环流时，泥浆从泥水站出发，经过消能管5对冲，经备用管4在合适位置缓冲，降低泥浆下落的压力，显著减少盾构机深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门止水密封。

在本发明的一些实施例中，具体参照图3，消能管5包括旁通管12和主管11，主管11连接回路，旁通管12的两端分别连通主管11的两个预设位置，两个预设位置之间设有至少一个阀7。需要说明的是，将消能管5设置为旁通管12和主管11相结合的结构，能通过分支的结构对高落差下落的泥浆进行缓冲。进一步的，设置阀7能调节主管11的通流截面变化，从而进一步通过调节局部阻力而引起压力损失，以实现缓冲的效果，其中阀7的调节可根据实际情况进行调节，以控制管内的压力。其中旁通管12通过钢板对焊的方式制作而成，保证强度，实现对高落差下落的泥浆进行缓冲的效果。

在本发明的一些实施例中，进一步参照图3，泥浆环流系统还包括液压控制模块，液压控制模块包括传感器，传感器用于检测主管11内的流量，液压控制模块用于接收传感器的信息，液压控制用于模块控制阀7。需要说明的是，通过液压控制模块能实时地监测和控制管路内的压力情况，如在始发井壁上，此时传感器能检测到较高的压力，液压控制系统根据传感器传来的信息控制阀7的阀7口，以调节主管11的通流截面实现对高落差下落的泥浆进行缓冲，随着始发掘进里程的推进，此时泥浆下落的压力已不大，在流量环流参数步入正常后可打开阀7，提高环流的流量，提高掘进效率。优选的，阀7可设置两个。

在本发明的一些实施例中，具体参照图1至图2，泵模块包括送浆泵3和第一排浆泵9，部分的管道分别设置在送浆泵3和第一排浆泵9，使送浆泵3与进浆管2连接，送浆泵3与消能管5连接或送浆泵3与备用管4连接，第一排浆泵9与排浆管10连接，第一排浆泵9和消能管5之间预留有盾构安装位6。可以理解的是，送浆泵3为送浆提供动力来源，第一排浆泵9为排浆提供动力来源，管路的设置可根据实际的安装情况进行常规性的操作，在此不作进一步限定，在安装管路后可以实现泥浆的正常环流即可。盾构安装位6用于与盾构机连接，以使盾构机正常工作。

具体参照图1至图2，泵模块还包括第二排浆泵8，部分的管道设置在第一排浆泵9和第二排浆泵8，使第一排浆泵9与第二排浆泵8连接，盾构安装位6设置在第二排浆泵8与消能管5之间。设置第二排浆泵8进一步的提高环流流量，以提高盾构机的掘进效率。

在本发明的一些实施例中，具体参照图5，盾构安装位配置有盾构泄压装置20，盾构泄压装置20用于盾构机在进洞后环流模块的消能泄压。具体的，盾构泄压装置20可包括气动V型球阀16，一端安装在盾构机隔板孔，另一端接出至后配套台车或废浆回收装置18，便于浆液排放。气动V型阀可设置为自动控制阀门，仓内实际压力超出设定压力的偏差值转化为模拟电流信号，用以控制阀门的开度，实现仓内自动泄压，仓内实际压力低于设定值时，阀门完全关闭。对此可在中控系统新增气动V型球阀16的控制程序，主控制能显示阀门的开度百分比并配合土仓传感器显示土仓压力值，随着盾构掘进土仓存在的保压和加压情况进行压力调节。进一步的，其中盾构安装位6设置有与盾构机配合的台车，台车能够用于承载盾构机，使盾构机掘进。

在本发明的一些实施例中，具体参照图4，泥浆环流系统还包括泄压消能装置14，环流模块配置有预埋的注浆管路，注浆管路上设有应急注浆泵19，针对在刀盘破洞门连续墙时可能存在的瞬间压力提升对洞门密封造成破坏而穿仓的安全隐患，利用预埋注浆管路连接泄压消能装置14能有效解决。其中泄压消能装置14包括球阀16、监控压力的压力表15和一个设定值不低于6bar的泄压阀17，应急注浆泵19设置在泄压阀17前，以在洞门拼装管片后仍出现洞门泄露的情况下加注，注浆管路的出口设置有废浆回收装置18。

参照图1～图5，本发明第二方面实施例的盾构机，包括本发明第一方面实施例的泥浆环流系统，此盾构机使用了上述的泥浆环流系统，能够在小空间、高埋深的地下掘进。

参照图1～图5，本发明第三方面实施例的泥浆环流系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：确认地面环流模块1与井下盾构机的掘进深度，根据该高度差选择至少一根备用管4切换至第一状态，使至少一根备用管4与进浆管2连通；

S2：启动环流模块1，通过泵模块将调制好的泥浆送出，泥浆经进浆管2送出，通过泄压消能装置14进行初步消能，泥浆流经备用管4和消能管5进一步消能后，经过盾构泄压装置20并送入盾构机的土仓内，使盾构机掘进预设里程；

S3：流量环流参数步入正常后，调节泄压消能装置14、调节盾构泄压装置20和调节消能管5上的阀7，提高环流的流量，加快盾构机掘进速度；

S4：盾构机继续掘进预设里程后，将备用管4切换至第二状态，消能管5上的阀7设置为常开，泄压消能装置14和盾构泄压装置20设置为稳定的预设阀口开度，进入正常模式。

该泥浆环流系统具有备用管4和消能管5，使得泥浆环流的高落差造成的水锤效应显著减轻，针对不同的掘进里程选择性地调节备用管4的状态、调节消能管5上的阀7，保证掘进效率的前提下，显著减少盾构机在深竖井始发时的水锤及冲垫等效应，防止始发时爆仓、破坏洞门的止水密封。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种泥浆环流系统，其特征在于，包括：

环流模块，包括进浆口和排浆口，其中所述进浆口上设有进浆管，所述排浆口上设有排浆管；

消能管，靠近所述进浆管设置；

若干管道，用于分别连接所述进浆管、所述排浆管和所述消能管，以形成回路；

泵模块，设置在所述回路，用于为液体增压；

若干备用管，设置在所述进浆管和所述消能管之间，所述备用管与所述进浆管之间具有连接的第一状态和断开的第二状态，至少一根所述备用管处于第一状态时能够延长所述进浆管与所述消能管之间的管路长度。

2.根据权利要求1所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述消能管包括旁通管和主管，所述主管连接所述回路，所述旁通管的两端分别连通所述主管的两个预设位置，两个所述预设位置之间设有至少一个阀。

3.根据权利要求2所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述的泥浆环流系统还包括液压控制模块，所述液压控制模块包括传感器，所述传感器用于检测所述主管内的流量，所述液压控制模块用于接收所述传感器的信息，所述液压控制用于模块控制所述阀。

4.根据权利要求1所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述泵模块包括送浆泵和第一排浆泵，部分的所述管道分别设置在所述送浆泵和所述第一排浆泵，使所述送浆泵与所述进浆管连接，所述送浆泵与所述消能管连接，所述第一排浆泵与所述排浆管连接，所述第一排浆泵和所述消能管之间预留有盾构安装位。

5.根据权利要求4所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述泵模块还包括第二排浆泵，部分的所述管道设置在所述第一排浆泵和所述第二排浆泵，使所述第一排浆泵与所述第二排浆泵连接，所述盾构安装位设置在所述第二排浆泵与所述消能管之间。

6.根据权利要求4所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述盾构安装位配置有盾构泄压装置，所述盾构泄压装置用于盾构机在进洞后所述环流模块的消能泄压。

7.根据权利要求1至6任一项所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述的泥浆环流系统还包括泄压消能装置，所述环流模块配置有预埋的注浆管路，所述泄压消能装置用于为所述注浆管路泄压消能。

8.根据权利要求7所述的泥浆环流系统，其特征在于：所述泄压消能装置包括球阀、压力表和泄压阀，所述注浆管路上设有应急注浆泵，所述应急注浆泵设置在所述泄压阀前，所述注浆管路的出口设置有废浆回收装置。

9.一种盾构机，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的泥浆环流系统。

10.一种泥浆环流系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确认地面环流模块与井下盾构机的掘进深度，根据高度差选择至少一根备用管切换至第一状态，使至少一根所述备用管与进浆管连通；

S2：启动所述环流模块，通过泵模块将调制好的泥浆送出，泥浆经所述进浆管送出，通过泄压消能装置进行初步消能，泥浆流经所述备用管和消能管进一步消能后，经过盾构泄压装置并送入盾构机的土仓内，使盾构机掘进预设里程；

S3：流量环流参数步入正常后，调节所述泄压消能装置、调节所述盾构泄压装置和调节所述消能管上的阀，提高环流的流量，加快盾构机掘进速度；

S4：盾构机继续掘进预设里程后，将所述备用管切换至第二状态，所述消能管上的所述阀设置为常开，所述泄压消能装置和所述盾构泄压装置设置为稳定的预设阀口开度，进入正常模式。

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