CN116792105A - 土压盾构机及其出渣方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种土压盾构机及其出渣方法，该土压盾构机包括第一输送装置，所述第一输送装置的进渣口与盾构机的开挖仓相连；第一缓冲罐，所述第一缓冲罐的进口与所述第一输送装置的出渣口相连，所述第一缓冲罐上设置有阀元件；第二输送装置，所述第二输送装置设置于所述第一缓冲罐内，所述第二输送装置的进渣口和所述第二输送装置的出渣口分别与所述第一缓冲罐的进口和所述第一缓冲罐的出口相连；通过所述阀元件自动调节所述第一缓冲罐内的压力与所述开挖仓内的压力或外部大气压力相适配。本发明解决了土压盾构机在富水或高压地层中掘进不畅，存在安全事故隐患的技术问题。

Description

土压盾构机及其出渣方法

技术领域

本发明涉及隧道施工设备领域，进一步的，涉及一种土压盾构机及其出渣方法，尤其涉及一种通过双螺旋输送机出渣的土压盾构机及其出渣方法。

背景技术

目前，地下隧道工程盾构施工中，土压平衡盾构机在穿越富水砂土层、富水断裂带及江河地段等富水复杂地质地段时都存在不同程度地喷涌情况，大量的高压泥浆、泥砂、泥石从螺旋输送机出渣口喷射出来严重污染隧道内的施工环境；在一些高寒地带、需使用泥水分离站的泥水盾构因低温产生冰冻，或使用泥水系统后因冰冻造成掘进效率急剧下降，使盾构施工无法正常进行，掘进速度极为缓慢。

土压盾构机在遇到富水或压力较高的地层工作时，一般利用螺旋输送机形成土塞效应(即：渣土在经过螺旋输送机过程中，渣土密实的填满螺旋机筒壁、螺机轴、叶片之间的空隙，阻挡土仓内的压力向外宣泄，从而在螺旋输送机的入口和螺旋输送机的出口之间呈现压力压降，密实的渣土填塞所形成的螺机两端压力压降，可以用来抵消土仓内的水土压力)来平衡土仓内的水土压力，且可通过渣土改良措施进一步增强土塞效应进而减少螺旋输送机在工作中喷涌的风险。但实际应用中螺旋输送机的使用效果并不好，螺旋输送机的稳定土塞随筒内渣土不断排出而稳固性差，土塞状态随时变化，造成喷涌的发生不易预防不易阻止，因此喷涌问题依然难以解决，严重时可能带来土仓失稳或盾构机被淹等事故的发生，因此，提高盾构机富水及高压地层的掘进可靠性极为重要。

针对相关技术中土压盾构机在富水或高压地层中掘进不畅，存在安全事故隐患的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种土压盾构机及其出渣方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土压盾构机及其出渣方法，通过增设缓冲罐的形式，将螺旋输送机两端的压力差降低到最小，避免螺旋输送机在出渣过程中产生喷涌等出渣问题，保证掘进安全和效率，确保能够在富水或者高压地层中安全、高效掘进。

本发明的目的可采用下列方案来实现：

本发明提供了一种土压盾构机，所述土压盾构机包括：

第一输送装置，所述第一输送装置的进渣口与盾构机的开挖仓相连；

第一缓冲罐，所述第一缓冲罐的进口与所述第一输送装置的出渣口相连，所述第一缓冲罐上设置有阀元件；

第二输送装置，所述第二输送装置设置于所述第一缓冲罐内，所述第二输送装置的进渣口和所述第二输送装置的出渣口分别与所述第一缓冲罐的进口和所述第一缓冲罐的出口相连；

通过所述阀元件自动调节所述第一缓冲罐内的压力与所述开挖仓内的压力或外部大气压力相适配。

在本发明的一较佳实施方式中，

当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，所述第一缓冲罐的进口导通、所述第一缓冲罐的出口关断，随渣土输送至所述第一缓冲罐内，所述阀元件排出所述第一缓冲罐内的至少部分气体；

当渣土装满所述第一缓冲罐后，所述第一缓冲罐的进口关断，所述阀元件调节至所述第一缓冲罐内的压力至与外部大气压力相同，导通所述第一缓冲罐的出口，以使所述第一缓冲罐内的渣土由所述第一缓冲罐的出口排出。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一输送装置的出渣口和/或所述第一缓冲罐的进口处设置有第一闸门，所述第一缓冲罐的出口处设置有第二闸门；

当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，所述第一闸门打开、所述第二闸门关闭；

当渣土装满所述第一缓冲罐后，所述第一闸门关闭，待所述第一缓冲罐内的压力与外部大气压力相同，打开所述第二闸门，通过所述第二输送装置将所述第一缓冲罐内的渣土由所述第一缓冲罐的出口排出。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一输送装置的进渣口与所述盾构机的开挖仓之间以及所述第一缓冲罐的进口与所述第一输送装置的出渣口之间分别为密封相连。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀元件为可预设开启压力的夹管阀，当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，预设所述夹管阀的开启压力小于所述第一缓冲罐的内部压力。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一缓冲罐设置有与其内部连通的调压管路，所述夹管阀设置于所述调压管路上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一缓冲罐上设置有注压口，所述注压口与高压气体注入装置相连。

在本发明的一较佳实施方式中，所述土压盾构机包括压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述开挖仓内的压力。

在本发明的一较佳实施方式中，所述土压盾构机还包括：

第二缓冲罐，所述第二缓冲罐的进口与所述第一输送装置的出渣口相连，所述第二缓冲罐上设置有阀元件，所述第一缓冲罐内设置有所述第二输送装置，所述第二输送装置的进渣口和所述第二输送装置的出渣口分别与所述第二缓冲罐的进口和所述第二缓冲罐的出口相连；

当所述第一缓冲罐对外排出渣土时，所述第一输送装置向所述第二缓冲罐内输送渣土；

当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，所述第二缓冲罐对外排出渣土。

在本发明的一较佳实施方式中，所述土压盾构机包括第三输送装置，所述第三输送装置的进口与所述第一缓冲罐的出口和/或所述第二缓冲罐的出口相连。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第三输送装置为皮带机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述土压盾构机包括第一拖车和第二拖车，所述第一缓冲罐和/或所述第二缓冲罐设置于所述第一拖车上，所述第三输送装置设置于所述第二拖车上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一拖车和/或所述第二拖车通过拖拉油缸与所述盾构机的主机相连。

在本发明的一较佳实施方式中，至少部分所述第一输送装置位于所述盾构机的主机内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一缓冲罐、所述第二缓冲罐、所述第三输送装置、所述第一拖车、所述第二拖车、至少部分所述第一输送装置和至少部分所述拖拉油缸中的一个或多个位于隧道内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一输送装置和所述第二输送装置均为螺旋输送机。

本发明提供了一种出渣方法，采用上述的土压盾构机进行出渣，所述出渣方法包括如下步骤：

当第一输送装置向第一缓冲罐内输送渣土时，所述第一缓冲罐的进口导通、所述第一缓冲罐的出口关断，随渣土输送至所述第一缓冲罐内，通过阀元件排出至少部分所述第一缓冲罐内的气体；

当渣土装满所述第一缓冲罐后，所述第一缓冲罐的进口关断，通过所述阀元件调节至所述第一缓冲罐内的压力与外部大气压力相同，导通所述第一缓冲罐的出口，以使所述第一缓冲罐内的渣土由所述第一缓冲罐的出口排出。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土之前，

检测所述开挖仓内的压力；

根据所述开挖仓内的压力对所述第一缓冲罐内的压力进行调节。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土之前，预设所述阀元件的开启压力；

当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，所述阀元件的开启压力始终小于所述第一缓冲罐的内部压力。

在本发明的一较佳实施方式中，设置与所述第一缓冲罐交替工作的第二缓冲罐；

当所述第一缓冲罐对外排出渣土时，所述第一输送装置向所述第二缓冲罐内输送渣土；

当所述第一输送装置向所述第一缓冲罐内输送渣土时，所述第二缓冲罐对外排出渣土。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一缓冲罐内的渣土由所述第一缓冲罐的出口排出之前，

所述第二输送装置调节所述第一缓冲罐内渣土的分布位置，以使渣土在所述第一缓冲罐内均匀分布。

由上所述，本发明的土压盾构机及其出渣方法的特点及优点是：通过第一输送装置与第二输送装置相配合，对渣土进行输送和外运，将第一输送装置的进渣口与盾构机的开挖仓相连，第二输送装置设置于第一缓冲罐内，第一缓冲罐的进口与第一输送装置的出渣口相连，第二输送装置的进渣口和第二输送装置的出渣口分别与第一缓冲罐的进口和第一缓冲罐的出口相连，在第一缓冲罐上设置有阀元件，通过阀元件可自动调节第一缓冲罐内的压力与开挖仓内的压力或外部大气压力相适配，从而可在向第一缓冲罐内输送渣土或将第一缓冲罐内的渣土对外排出时，将第一缓冲罐内的压力与开挖仓内的压力之间的压差，或者将第一缓冲罐内的压力与外部大气压力之间的压差降低到最小，确保渣土的稳定输送和排出，即使在富水或者高压地层中也能够保证对隧道的安全、高效掘进。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明土压盾构机的结构示意图。

图2：为本发明土压盾构机的出渣方法的流程图。

本发明中的附图标号为：

1、主机； 2、开挖仓；

3、第一输送装置； 4、第一闸门；

5、第一缓冲罐； 6、第二缓冲罐；

7、第二输送装置； 8、第二闸门；

9、调压管路； 10、阀元件；

11、第一拖车； 12、第三输送装置；

13、第二拖车； 14、拖拉油缸；

15、隧道。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

如图1所示，本发明提供了一种土压盾构机，该土压盾构机包括第一输送装置3、第一缓冲罐5和第二输送装置7，第一输送装置3的进渣口与盾构机的开挖仓2相连，第一缓冲罐5的进口与第一输送装置3的出渣口相连，第一缓冲罐5上设置有可预设开启压力的阀元件10；第二输送装置7设置于第一缓冲罐5内，第二输送装置7的进渣口与第一缓冲罐5的进口相连，第二输送装置7的出渣口与第一缓冲罐5的出口相连，通过阀元件10可自动调节第一缓冲罐5内的压力，使得第一缓冲罐5内的压力能够与开挖仓2内的压力或外部大气压力相适配。

本发明中，通过第一输送装置3与第二输送装置7相配合，对渣土进行输送和外运，将第一输送装置3的进渣口与盾构机的开挖仓2相连，第二输送装置7设置于第一缓冲罐5内，第一缓冲罐5的进口与第一输送装置3的出渣口相连，第二输送装置7的进渣口和第二输送装置7的出渣口分别与第一缓冲罐5的进口和第一缓冲罐5的出口相连，在第一缓冲罐5上设置有阀元件10，通过阀元件10可自动调节第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力或外部大气压力相适配，从而可在向第一缓冲罐5内输送渣土或将第一缓冲罐5内的渣土对外排出时，将第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力之间的压差，或者将第一缓冲罐5内的压力与外部大气压力之间的压差降低到最小，确保渣土的稳定输送和排出，即使在富水或者高压地层中也能够保证对隧道的安全、高效掘进。

在本发明中，通过阀元件10自动调节第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力相适配的具体情境为：当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，控制第一缓冲罐5的进口导通、第一缓冲罐5的出口关断，随渣土输送至第一缓冲罐5内的同时，阀元件10自动排出第一缓冲罐5内的至少部分气体；通过阀元件10自动调节第一缓冲罐5内的压力与外部大气压力相适配的具体情境为：当渣土装满第一缓冲罐5后，控制第一缓冲罐5的进口关断，通过阀元件10调节至第一缓冲罐5内的压力至与外部大气压力相同，导通第一缓冲罐5的出口，以使第一缓冲罐5内的渣土由第一缓冲罐5的出口排出。

具体的，如图1所示，第一输送装置3的出渣口和/或第一缓冲罐5的进口处设置有第一闸门4，第一缓冲罐5的出口处设置有第二闸门8；当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，可控制第一闸门4打开、第二闸门8关闭，随渣土输送至第一缓冲罐5内的同时，阀元件10自动排出第一缓冲罐5内的至少部分气体，实时保证第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力相接近，从而避免喷涌情况的发生；当渣土装满第一缓冲罐5后，可控制第一闸门4关闭，并通过阀元件10调节第一缓冲罐5内的压力与外部大气压力相同，待第一缓冲罐5内的压力与外部大气压力相同后，可打开第二闸门8，通过第二输送装置7将第一缓冲罐5内的渣土由第一缓冲罐5的出口排出。

进一步的，在本发明中，第一输送装置3的进渣口与盾构机的开挖仓2之间以及第一缓冲罐5的进口与第一输送装置3的出渣口之间分别为密封相连，即不会出现漏气以及渣土泄漏的情况。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，第一输送装置3和第二输送装置7均可为但不限于螺旋输送机。

在本发明的一个可选实施例中，阀元件10为可预设开启压力的夹管阀，当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，预设夹管阀的开启压力略小于第一缓冲罐5的内部压力，从而在第一输送装置3的进渣口与第一输送装置3的出渣口之间能够形成土塞效应，使第一缓冲罐5与开挖仓2之间存在一定的压力差，且该压力差较小(该压力差既可以完成出渣动作，又不至于发生喷涌)，使得开挖仓2内的渣土在通过第一输送装置3时不会出现喷涌，保证渣土的顺利输送。其中，第一缓冲罐5与开挖仓2之间的压力差可为但不限于小于或者等于1bar。

进一步的，如图1所示，第一缓冲罐5设置有与其内部连通的调压管路9，夹管阀可直接设置于第一缓冲罐5上，当然也可将夹管阀设置于调压管路9上。

在本发明的一个可选实施例中，第一缓冲罐5上设置有注压口(未示出)，注压口与高压气体注入装置相连。在输送渣土之前，可根据开挖仓2内的压力，通过高压气体注入装置向第一缓冲罐5内注入高压气体，使得第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力相接近，避免喷涌情况的发生。

进一步的，土压盾构机包括压力检测装置，压力检测装置用于检测开挖仓2内的压力，从而根据开挖仓2内的压力对第一缓冲罐5内的压力进行调节。其中，压力检测装置可为但不限于压力传感器。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，土压盾构机还包括第二缓冲罐6，第二缓冲罐6与第一缓冲罐5的结构相同，且第二缓冲罐6的进口与第一缓冲罐5的进口分别与第一输送装置3的出渣口相连。其中，第二缓冲罐6上设置有阀元件10，第一缓冲罐5内设置有第二输送装置7，第二输送装置7的进渣口与所述第二缓冲罐6的进口相连，第二输送装置7的出渣口与第二缓冲罐6的出口相连；第二缓冲罐6与第一缓冲罐5用于交替工作，即当第一缓冲罐5对外排出渣土时，第一输送装置3向第二缓冲罐6内输送渣土；当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，第二缓冲罐6对外排出渣土，从而达到不间断出渣的目的，提高开挖和渣土输送的效率，且保证掘进不会受到喷涌的影响。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，土压盾构机包括第三输送装置12，第三输送装置12的进口与第一缓冲罐5的出口和/或第二缓冲罐6的出口相连。第一缓冲罐5和/或第二缓冲罐6排出的渣土直接进入第三输送装置12，通过第三输送装置12对渣土排出至隧道15外。其中，第三输送装置12可为但不限于皮带机。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，土压盾构机包括第一拖车11和第二拖车13，第一缓冲罐5和/或第二缓冲罐6设置于第一拖车11上，第三输送装置12设置于第二拖车13上。通过第一拖车11上和第二拖车13可调整第一缓冲罐5、第二缓冲罐6以及第三输送装置12在隧道15内的位置，便于随着隧道15的不断掘进，保证持续出渣。

进一步的，如图1所示，第一拖车11和/或第二拖车13通过拖拉油缸14与盾构机的主机1相连。通过拖拉油缸14拖拉第一拖车11和/或第二拖车13在隧道15内移动。

进一步的，如图1所示，至少部分第一输送装置3位于盾构机的主机1内。

进一步的，如图1所示，第一缓冲罐5、第二缓冲罐6、第三输送装置12、第一拖车11、第二拖车13、至少部分第一输送装置3和至少部分拖拉油缸14中的一个或多个位于隧道15内。

在本发明的一个可选实施例中，可在第一输送装置3的出渣口处连接排浆管路，在第一输送装置3的出渣口处或在排浆管路上设置排浆泵，使用泵送出渣的方式进行出渣。

本发明的土压盾构机的工作过程为：在开挖前，通过盾构机的主机1内设置有压力传感器采集开挖仓2内的压力，通过高压气体注入装置以及夹管阀相配合，将第一缓冲罐5内的压力不断调整至与开挖仓2内的压力相同或相接近，同时预设夹管阀的开启压力略小于第一缓冲罐5内的压力；开挖过程中，渣土通过第一输送装置3不断输送至第一缓冲罐5内，由于第一缓冲罐5内渣土的增加，第一缓冲罐5内的压力不断升高，在该过程中夹管阀持续开启，将第一缓冲罐5内的气体排出为渣土出让空间；待第一缓冲罐5装满渣土后，第一输送装置3停止进渣，将第一闸门4和第二闸门8均关闭，同时将夹管阀开启至最大，释放第一缓冲罐5内压力至于外界大气压力相同，之后，再开启第二闸门8，并启动第二输送装置7将渣土排放至第三输送装置12(皮带机)上，输送至隧道15外。

在掘进过程中，第二缓冲罐6与第一缓冲罐5交替工作，其中操控第二缓冲罐6进行渣土收集和外排的过程与第一缓冲罐5相同，在此不再赘述。

本发明的土压盾构机的特点及优点是：

一、该土压盾构机能够最大限度减少第一输送装置3在出渣过程中进渣口与出渣口之间的压差(即：第一缓冲罐5与开挖仓2之间的压差，以及第一缓冲罐5与外界大气之间的压差)，从根本上解决第一输送装置3出渣产生喷涌的问题，使得土压盾构机能在富水或高压地层中能够平稳高效出渣，保证盾构机的顺利掘进，保障施工安全。

二、该土压盾构机能够在不适合使用泥水分离站等环境(如：高寒地区等)中，替代泥水盾构机，在隧道内掘进，保证高水压下掘进的顺利进行。

实施方式二

本发明提供了一种出渣方法，该出渣方法采用上述的土压盾构机进行出渣，该出渣方法包括如下步骤：

步骤S1：当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，第一缓冲罐5的进口导通、第一缓冲罐5的出口关断，随渣土输送至第一缓冲罐5内，通过阀元件10排出至少部分第一缓冲罐5内的气体；

步骤S2：当渣土装满第一缓冲罐5后，第一缓冲罐5的进口关断，通过阀元件10调节至第一缓冲罐5内的压力与外部大气压力相同，导通第一缓冲罐5的出口，以使第一缓冲罐5内的渣土由第一缓冲罐5的出口排出。

在本发明的一个可选实施例中，在步骤S1：第一输送装置3向所述第一缓冲罐5内输送渣土之前，该出渣方法还包括：

步骤S01：检测开挖仓2内的压力；其中，可通过压力检测装置检测开挖仓2内的压力。其中，压力检测装置可为但不限于压力传感器

步骤S02：根据开挖仓2内的压力对第一缓冲罐5内的压力进行调节。其中，第一缓冲罐5上设置有注压口(未示出)，注压口与高压气体注入装置相连，可根据开挖仓2内的压力，通过高压气体注入装置向第一缓冲罐5内注入高压气体，使得第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力相接近，避免喷涌情况的发生。

在本发明的一个可选实施例中，在步骤S1：第一输送装置3向所述第一缓冲罐5内输送渣土之前，需要预设阀元件10的开启压力；当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，保证阀元件10的开启压力始终小于第一缓冲罐5的内部压力。从而在第一输送装置3的进渣口与第一输送装置3的出渣口之间能够形成土塞效应，使第一缓冲罐5与开挖仓2之间存在一定的压力差，且该压力差较小(该压力差既可以完成出渣动作，又不至于发生喷涌)，使得开挖仓2内的渣土在通过第一输送装置3时不会出现喷涌，保证渣土的顺利输送。其中，第一缓冲罐5与开挖仓2之间的压力差可为但不限于小于或者等于1bar。

在本发明的一个可选实施例中，设置与第一缓冲罐5交替工作的第二缓冲罐6；当第一缓冲罐5对外排出渣土时，第一输送装置3向第二缓冲罐6内输送渣土；当第一输送装置3向第一缓冲罐5内输送渣土时，第二缓冲罐6对外排出渣土，从而达到不间断出渣的目的，提高开挖和渣土输送的效率，且保证掘进不会受到喷涌的影响。

在本发明的一个可选实施例中，步骤S2：第一缓冲罐5内的渣土由所述第一缓冲罐5的出口排出之前，需要控制第二输送装置7多次进行正转与反转之间的切换，从而可通过第二输送装置7调节第一缓冲罐5内渣土的分布位置，以使渣土在第一缓冲罐5内均匀分布。

如图2所示，本发明的出渣方法的流程以下述内容为例进行具体说明：

在遇到高地层压力、高渗透砂卵石地层、因高寒地区无法设置泥水分离站等地区，使用土压盾构机容易造成喷涌，进而造成地层失压等危害掘进的情况，则可使用本发明的出渣方法进行出渣。

将第一输送装置3安装于盾构机的主机1内，通过第一输送装置3的驱动装置对第一输送装置3进行驱动，第一闸门4可控制第一输送装置3的出渣口的开闭状态，第一缓冲罐5和第二缓冲罐6分别能与第一输送装置3的出渣口之间密封连接，无漏气，第一缓冲罐5的出口和第二缓冲罐6的出口分别与第三输送装置12的进口相连；两台第二输送装置7分别安装在第一缓冲罐5和第二缓冲罐6内，第二输送装置7可以进行正反转控制，从而调整第一缓冲罐5和第二缓冲罐6内的渣土分布，保证渣土在第一缓冲罐5和第二缓冲罐6内均能平均分布；第一缓冲罐5和第二缓冲罐6安装在第一拖车11上，第三输送装置12安装在第二拖车13上，第一拖车11和第二拖车13分别通过拖拉油缸14与盾构机的主机1相连，通过拖拉油缸14拖拉第一缓冲罐5、第二缓冲罐6和第三输送装置12在隧道15内移动。

当开挖仓2内的压力出现异常，或者地层压力较为敏感时，可预先排空第一缓冲罐5，根据开挖仓2内的压力对第一缓冲罐5内的压力进行调节(如：通过高压气体注入装置将高压气注入到第一缓冲罐5内，使第一缓冲罐5内的压力与开挖仓2内的压力相同或相接近)。开启第一闸门4的同时，保持第二闸门8处于关闭状态，开挖仓2内进行正常掘进，渣土通过第一输送装置3正常出渣至第一缓冲罐5内，同时由于第一缓冲罐5内的压力的持续升高，超过第一闸门4的开启压力，第一闸门4开启，第一缓冲罐5内的水、带出的泥浆和/或少量渣土同时通过调压管路9排出到第三输送装置12上，第一输送装置3在出渣过程中，使用第二输送装置7多次进行正、反转切换，从而调节第一缓冲罐5内渣土的分布；待第一缓冲罐5内的渣土装满时，控制第一输送装置3停机，第一闸门4关闭，可通过注压口以及夹管阀对第一缓冲罐5内的压力进行释放，是第一缓冲罐5内的压力与外界大气的压力相同，此时，打开第二闸门8，控制第二输送装置7正转将第一缓冲罐5内的渣土安全输送至第三输送装置12上，从而运出到隧道15外。

在第一缓冲罐5装满渣土以后，可切换到将渣土输送至第二缓冲罐6内，此时，第一缓冲罐5将渣土输送到第三输送装置12上；在掘进过程中，第一缓冲罐5与第二缓冲罐6反复进行的切换工作，达到不间断出渣的目的，保证开挖效率，且避免设备掘进受到喷涌的影响。

当开挖仓2内压力正常时，可同时打开第一闸门4和第二闸门8，同时控制第一输送装置3和第二输送装置7均处于正转状态，从而通过第一输送装置3将开挖仓2内的渣土输送至第一缓冲罐5内，再通过第二输送装置7将第一缓冲罐6内的渣土输送至第三输送装置12上，从而将渣土运输到隧道15外。

本发明的出渣方法的特点及优点是：

一、该出渣方法，不仅能将渣土顺利运输至隧道15外，同时能够避免渣土因第一缓冲罐5与开挖仓2、外部大气之间压力差过大而造成喷涌等出渣困难的问题，保证掘进的顺利进行。

二、该出渣方法，能够在不适合使用泥水分离站等环境(如：高寒地区等)中，替代泥水盾构机，在隧道内掘进，保证高水压下掘进的顺利进行。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (21)

1.一种土压盾构机，其特征在于，所述土压盾构机包括：

第一输送装置(3)，所述第一输送装置(3)的进渣口与盾构机的开挖仓(2)相连；

第一缓冲罐(5)，所述第一缓冲罐(5)的进口与所述第一输送装置(3)的出渣口相连，所述第一缓冲罐(5)上设置有阀元件(10)；

第二输送装置(7)，所述第二输送装置(7)设置于所述第一缓冲罐(5)内，所述第二输送装置(7)的进渣口和所述第二输送装置(7)的出渣口分别与所述第一缓冲罐(5)的进口和所述第一缓冲罐(5)的出口相连；

通过所述阀元件(10)自动调节所述第一缓冲罐(5)内的压力与所述开挖仓(2)内的压力或外部大气压力相适配。

2.如权利要求1所述的土压盾构机，其特征在于，

当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述第一缓冲罐(5)的进口导通、所述第一缓冲罐(5)的出口关断，随渣土输送至所述第一缓冲罐(5)内，所述阀元件(10)排出所述第一缓冲罐(5)内的至少部分气体；

当渣土装满所述第一缓冲罐(5)后，所述第一缓冲罐(5)的进口关断，所述阀元件(10)调节至所述第一缓冲罐(5)内的压力至与外部大气压力相同，导通所述第一缓冲罐(5)的出口，以使所述第一缓冲罐(5)内的渣土由所述第一缓冲罐(5)的出口排出。

3.如权利要求2所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一输送装置(3)的出渣口和/或所述第一缓冲罐(5)的进口处设置有第一闸门(4)，所述第一缓冲罐(5)的出口处设置有第二闸门(8)；

当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述第一闸门(4)打开、所述第二闸门(8)关闭；

当渣土装满所述第一缓冲罐(5)后，所述第一闸门(4)关闭，待所述第一缓冲罐(5)内的压力与外部大气压力相同，打开所述第二闸门(8)，通过所述第二输送装置(7)将所述第一缓冲罐(5)内的渣土由所述第一缓冲罐(5)的出口排出。

4.如权利要求1所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一输送装置(3)的进渣口与所述盾构机的开挖仓(2)之间以及所述第一缓冲罐(5)的进口与所述第一输送装置(3)的出渣口之间分别为密封相连。

5.如权利要求2所述的土压盾构机，其特征在于，所述阀元件(10)为可预设开启压力的夹管阀，当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，预设所述夹管阀的开启压力小于所述第一缓冲罐(5)的内部压力。

6.如权利要求5所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一缓冲罐(5)设置有与其内部连通的调压管路(9)，所述夹管阀设置于所述调压管路(9)上。

7.如权利要求2所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一缓冲罐(5)上设置有注压口，所述注压口与高压气体注入装置相连。

8.如权利要求7所述的土压盾构机，其特征在于，所述土压盾构机包括压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述开挖仓(2)内的压力。

9.如权利要求2所述的土压盾构机，其特征在于，所述土压盾构机还包括：

第二缓冲罐(6)，所述第二缓冲罐(6)的进口与所述第一输送装置(3)的出渣口相连，所述第二缓冲罐(6)上设置有阀元件(10)，所述第一缓冲罐(5)内设置有所述第二输送装置(7)，所述第二输送装置(7)的进渣口和所述第二输送装置(7)的出渣口分别与所述第二缓冲罐(6)的进口和所述第二缓冲罐(6)的出口相连；

当所述第一缓冲罐(5)对外排出渣土时，所述第一输送装置(3)向所述第二缓冲罐(6)内输送渣土；

当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述第二缓冲罐(6)对外排出渣土。

10.如权利要求9所述的土压盾构机，其特征在于，所述土压盾构机包括第三输送装置(12)，所述第三输送装置(12)的进口与所述第一缓冲罐(5)的出口和/或所述第二缓冲罐(6)的出口相连。

11.如权利要求10所述的土压盾构机，其特征在于，所述第三输送装置(12)为皮带机。

12.如权利要求10所述的土压盾构机，其特征在于，所述土压盾构机包括第一拖车(11)和第二拖车(13)，所述第一缓冲罐(5)和/或所述第二缓冲罐(6)设置于所述第一拖车(11)上，所述第三输送装置(12)设置于所述第二拖车(13)上。

13.如权利要求12所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一拖车(11)和/或所述第二拖车(13)通过拖拉油缸(14)与所述盾构机的主机(1)相连。

14.如权利要求13所述的土压盾构机，其特征在于，至少部分所述第一输送装置(3)位于所述盾构机的主机(1)内。

15.如权利要求13所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一缓冲罐(5)、所述第二缓冲罐(6)、所述第三输送装置(12)、所述第一拖车(11)、所述第二拖车(13)、至少部分所述第一输送装置(3)和至少部分所述拖拉油缸(14)中的一个或多个位于隧道(15)内。

16.如权利要求1所述的土压盾构机，其特征在于，所述第一输送装置(3)和所述第二输送装置(7)均为螺旋输送机。

17.一种出渣方法，其特征在于，采用权利要求1至16中任一项所述的土压盾构机进行出渣，所述出渣方法包括如下步骤：

当第一输送装置(3)向第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述第一缓冲罐(5)的进口导通、所述第一缓冲罐(5)的出口关断，随渣土输送至所述第一缓冲罐(5)内，通过阀元件(10)排出至少部分所述第一缓冲罐(5)内的气体；

当渣土装满所述第一缓冲罐(5)后，所述第一缓冲罐(5)的进口关断，通过所述阀元件(10)调节至所述第一缓冲罐(5)内的压力与外部大气压力相同，导通所述第一缓冲罐(5)的出口，以使所述第一缓冲罐(5)内的渣土由所述第一缓冲罐(5)的出口排出。

18.如权利要求17所述的出渣方法，其特征在于，所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土之前，

检测所述开挖仓(2)内的压力；

根据所述开挖仓(2)内的压力对所述第一缓冲罐(5)内的压力进行调节。

19.如权利要求17所述的出渣方法，其特征在于，所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土之前，预设所述阀元件(10)的开启压力；

当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述阀元件(10)的开启压力始终小于所述第一缓冲罐(5)的内部压力。

20.如权利要求17所述的出渣方法，其特征在于，设置与所述第一缓冲罐(5)交替工作的第二缓冲罐(6)；

当所述第一缓冲罐(5)对外排出渣土时，所述第一输送装置(3)向所述第二缓冲罐(6)内输送渣土；

当所述第一输送装置(3)向所述第一缓冲罐(5)内输送渣土时，所述第二缓冲罐(6)对外排出渣土。

21.如权利要求17所述的出渣方法，其特征在于，所述第一缓冲罐(5)内的渣土由所述第一缓冲罐(5)的出口排出之前，

所述第二输送装置(7)调节所述第一缓冲罐(5)内渣土的分布位置，以使渣土在所述第一缓冲罐(5)内均匀分布。