CN117127996B - 用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统及方法，该系统以隧道电瓶车为载体，通过管道连接掘进机进浆管和出浆管；包括：控制台及依次设置在电瓶车车头之后的膨润土箱、初级沉淀箱、中间沉淀箱、末级沉淀箱和板框式压滤机；相邻两级沉淀箱之间分别通过管道、沉淀箱间阀组、沉淀箱间螺杆泵进行连接；末级沉淀箱的尾部装载沉淀箱回液管阀组、沉淀箱回液泥浆泵及与初级沉淀箱连接的回液管道；板框式压滤机的尾端设置有与膨润土箱的进浆管连接的管道；控制台中内置有可编程控制器；可实时监控各管阀组及沉淀箱液位计。本发明实现了采用机械法开挖隧道泵房时的泥水循环，开挖面稳定，提高了工法的机械化程度、缩减施工成本。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道工程技术领域，尤其涉及盾构隧道中采用机械法进行泵房开挖技术，具体为一种在盾构隧道中采用机械法进行泵房开挖时的、高度机械化的可移动式泥水循环系统及其施工方法。
背景技术
在盾构主隧道下方采用机械法开挖废水泵房时，由于开挖面的卸载会引起水土上涌，造成因盾构管片上浮而导致的环间错台，进而导致隧道渗漏水风险的增加。此外，若开挖面失稳造成的土水上涌，还会造成现场施工难度增加、施工器械损坏等不良影响。
现有的采用机械法进行泵房开挖的案例较少。现有技术中，机械法进行废水泵房开挖时，泥水循环系统往往占地面积大、空间跨度大、在进行移动时往往面临诸多困难。这导致泥水处理装置往往放置在地表，掘进机工作时，系统的进浆管及排浆管往往需要从地表向下一直延申到隧道内与掘进机主机相连，导致材料费大大增加。若想要缩小泥水循环系统的体积，以往方案中有将泥水循环系统内置于掘进机内，这不仅导致掘进机体积增加，泥水循环系统的渣土容纳能力受制于掘进机的体积，同样不利于施工成本的控制。也有在地面附近设置第一循环，在隧道内掘进主体设备附近设置第三循环，一、三循环间至少设置一个第二循环的三循环式泥水循环系统等。
总体来看，这些方案的机械化程度较低，且无法同时解决泥水循环系统渣土容纳能力与掘进机尺寸、泥水循环系统空间跨度过大导致系统沿程不稳定因素及成本增加的问题。具体来说，包括以下缺点：（1）泥水处理设备庞大、复杂、占地大、水和电能的消耗较高，施工成本也高；（2）泥水循环系统的位置相对固定，无法根据现场施工的需要进行位置的调整；（3）泥水循环系统的泥水处理装置往往设置在地表，这导致系统的空间跨度过大，导致跨度沿程的系统非正常工作的不稳定因素增加，尤其是在从地表至洞口这段距离内，由于落差过大，浆液过大的冲击能易导致管道损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统及方法：实现采用机械法开挖隧道废水泵房时的泥水循环；解决机械法开挖废水泵房时开挖面的稳定、提高工法的机械化程度以提高施工效率、缩减施工成本。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，所述掘进机泥水循环系统以隧道电瓶车为载体，且通过管道分别连接设置在开挖泵房的掘进机泥水舱内的掘进机进浆管和掘进机出浆管； 所述掘进机泥水循环系统包括：控制台及依次设置在电瓶车车头之后排列的各个台车上的膨润土箱、初级沉淀箱、初级沉淀箱之后设置的至少一级中间沉淀箱、末级沉淀箱和板框式压滤机；各级沉淀箱均设置有沉淀箱液位计；其中相邻两级沉淀箱之间分别通过管道、沉淀箱间阀组、沉淀箱间螺杆泵进行连接；末级沉淀箱的尾部通过管道及阀组与板框式压滤机连接，并且末级沉淀箱的尾部装载了沉淀箱回液管阀组、沉淀箱回液泥浆泵及与初级沉淀箱连接的回液管道；板框式压滤机的尾端设置有与膨润土箱的进浆管连接的管道，且膨润土箱的进浆管设置有进浆管阀组；膨润土箱的出浆管通过管道连接所述掘进机进浆管；初级沉淀箱的进浆管通过管道连接所述掘进机出浆管；所述控制台中内置有可编程控制器；所述控制台与进浆管阀组、沉淀箱间阀组、沉淀箱回液管阀组、沉淀箱液位计、沉淀箱间螺杆泵、沉淀箱回液泥浆泵及板框式压滤机电连接；通过可编程控制器可实时监控进浆管阀组、沉淀箱间阀组、沉淀箱回液管阀组和沉淀箱液位计情况，并通过控制台对进浆管阀组、沉淀箱间阀组、沉淀箱回液管阀组、沉淀箱间螺杆泵、沉淀箱回液泥浆泵及板框式压滤机进行调控。
进一步的优化，沉淀箱间螺杆泵及沉淀箱回液泥浆泵的电机全部采用交流电机，交流电机的调速控制全部采用变频器，可编程控制器连接变频器。
进一步的优化，板框式压滤机连接有远程控制面板，远程控制面板与控制台电连接。
进一步的优化，所述中间沉淀箱设置有两级分别为：二级沉淀箱与三级沉淀箱，所述末级沉淀箱为四级沉淀箱；初级沉淀箱与二级沉淀箱之间、二级沉淀箱与三级沉淀箱之间、三级沉淀箱与四级沉淀箱之间分别通过管道、沉淀箱间阀组、沉淀箱间螺杆泵进行连接；四级沉淀箱的尾部通过管道及阀组与板框式压滤机连接，并且四级沉淀箱的尾部装载了沉淀箱回液管阀组、沉淀箱回液泥浆泵及与初级沉淀箱连接的回液管道。
一种用于隧道泵房开挖的掘进机泥水循环方法，采用所述的掘进机泥水循环系统，包括以下步骤：
步骤一、隧道电瓶车搭载所述掘进机泥水循环系统抵达施工现场；
步骤二、将掘进机进浆管、掘进机排浆管分别与膨润土箱、初级沉淀箱进行相连；
步骤三、启动所述掘进机泥水循环系统；裹挟着渣料的泥浆通过掘进机排浆管被泵送进入初级沉淀箱；经过初级沉淀的浆液由沉淀箱间螺杆泵通过箱间管道依次进入之后的各级沉淀箱，经过级别越高沉淀箱浆液中剩余的渣料的粒径越小；经过末级沉淀箱处理后，若可编程控制器显示泥浆中经筛余的渣料粒径满足要求，则进入步骤四，如果不满足要求则进入步骤五；
步骤四、施工人员则通过控制台开放末级沉淀箱尾部的阀门，使浆液前往板框式压滤机进行最后的渣料分离；筛余的渣料暂时储存在板框式压滤机中，而经处理完成的浆液经板框式压滤机和膨润土箱间的管道进入膨润土箱添加渣土改良剂；添加渣土改良剂的浆液经管道进入掘进机进浆管，完成系统的泥水主循环；
步骤五、施工人员通过控制台关闭通往板框式压滤机的阀门，浆液通过沉淀箱回液泥浆泵送回初级沉淀箱，再分别由各级沉淀箱对浆液中渣料进行筛选、沉淀，进行系统的泥水次循环，直至浆液中渣料的粒径满足要求，再进入步骤四完成系统的泥水主循环。
进一步的，步骤三或步骤四或步骤五中：当可编程控制器监测到某级沉淀箱的沉淀箱液位计达到预警高度，施工人员可通过控制台停止泥水循环系统运作，并通知电瓶车司机驾驶电瓶车将渣料运走；待各级沉淀箱被清空，电瓶车再次回到工作位点，重新开始工作。
本发明的有益效果是：
本发明的掘进机泥水循环系统的主要结构搭载在隧道电瓶车，该系统一方面给掘进机泥水舱泵送泥浆，使泥水舱内的压力室能与开挖面土水压力平衡；另一方面，该系统在回收泥浆循环利用的同时能收集开挖面被切削的土渣，并能快速运出隧道。因此本发明泥水循环系统实现了泥水循环，在解决机械法开挖隧道废水泵房时开挖面的稳定、提高工法的机械化程度以提高施工效率、缩减施工成本等方面发挥着重要作用。
本发明的掘进机泥水循环系统，实现掘进机泥水舱的泥浆供给、泥水分离、渣土外运，减少了泥水循环系统的施工占地，简便快速，有效节省工程成本；具体而言该系统搭载于隧道电瓶车，较好地解决了泥水循环系统无法根据施工现场需要进行移动、系统渣料容纳能力受制于掘进机体积、系统管路布置过长导致施工成本增加等问题。
本发明的掘进机泥水循环系统可以通过操作台实现对系统各组件的监控与操作，并且本发明系统的渣土容纳能力不受制于掘进机大小，在提高掘进机隧道废水泵房施工效率的同时为施工安全提供决策基础及技术保障。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例1提供的可移动式掘进机泥水循环系统的控制原理示意图；
图2为本发明实施例1提供的可移动式掘进机泥水循环系统在主隧道内移动的电瓶车组成结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的一种用于可移动式掘进机泥水循环系统主循环流程示意图。
图4为本发明实施例1提供的一种用于可移动式掘进机泥水循环系统次循环流程示意图。
1、电瓶车车头；2、膨润土箱；3、初级沉淀箱；4、二级沉淀箱；5、三级沉淀箱；6、四级沉淀箱；7、板框式压滤机；8、进浆管阀组；9、沉淀箱液位计；10、沉淀箱间阀组；11、沉淀箱间螺杆泵；12、沉淀箱回液管阀组；13、沉淀箱回液泥浆泵；14、掘进机进浆管；15、掘进机排浆管；16、变频器；17、远程控制面板；18、控制台；19、可编程控制器。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示，一种用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，所述竖向微盾泥水循环系统以隧道电瓶车为载体，且通过管道分别连接设置在开挖泵房的掘进机泥水舱内的掘进机进浆管14和掘进机出浆管15；所述泥水循环系统在电瓶车上即可完成掘进机泥水舱泥浆补充、泥浆水土分离、渣土容纳、渣土外运过程。
所述掘进机泥水循环系统包括：控制台18及依次设置在电瓶车车头1之后排列的各个台车上的膨润土箱2、初级沉淀箱3、二级沉淀箱4、三级沉淀箱5、四级沉淀箱6和板框式压滤机7；初级沉淀箱3、二级沉淀箱4、三级沉淀箱5和四级沉淀箱6均设置有沉淀箱液位计9；当各沉淀箱的渣料超过承受限度时，电瓶车可迅速地将渣料运走。
其中初级沉淀箱3与二级沉淀箱4之间、二级沉淀箱4与三级沉淀箱5之间、三级沉淀箱5与四级沉淀箱6之间分别通过管道、沉淀箱间阀组10、沉淀箱间螺杆泵11进行连接；四级沉淀箱6的尾部通过管道及阀组与板框式压滤机7连接，并且四级沉淀箱6的尾部装载了沉淀箱回液管阀组12、沉淀箱回液泥浆泵13及与初级沉淀箱3连接的回液管道；板框式压滤机7的尾端设置有与膨润土箱2的进浆管连接的管道，且膨润土箱2的进浆口设置有进浆管阀组8；膨润土箱2的出浆管通过管道连接所述掘进机进浆管14；初级沉淀箱3的进浆管通过管道连接所述掘进机出浆管15。
如图1所示，所述控制台18中内置有可编程控制器9；所述控制台18与进浆管阀组8、沉淀箱间阀组10、沉淀箱回液管阀组12、沉淀箱液位计9、沉淀箱间螺杆泵11、沉淀箱回液泥浆泵13及板框式压滤机7电连接。
通过可编程控制器9可实时监控进浆管阀组8、沉淀箱间阀组10、沉淀箱回液管阀组12和沉淀箱液位计9情况，并通过控制台18对进浆管阀组8、沉淀箱间阀组10、沉淀箱回液管阀组12、沉淀箱间螺杆泵11、沉淀箱回液泥浆泵13及板框式压滤机7进行调控。通过控制台，工程师可根据需要实现对各阀组、沉淀箱间螺杆泵、沉淀箱回液泥浆泵、板框式压滤机的控制，以及各沉淀箱液位计、板框式压滤机滤板、滤布工作情况的监控，便于工程师判断电瓶车外运出渣时机、以及滤板卸料、滤布清洗时机。
本实施例中，沉淀箱间螺杆泵11及沉淀箱回液泥浆泵13的电机全部采用交流电机，交流电机的调速控制全部采用变频器16，可编程控制器9连接变频器16。这允许工程师仅需通过控制台即可根据现场情况实现对沉淀箱间螺杆泵、沉淀箱回液泥浆泵等系统组件的调控。
本实施例中，板框式压滤机7连接有远程控制面板17，远程控制面板17与控制台18电连接。
实施例2
一种用于隧道泵房开挖的掘进机泥水循环方法，采用实施例1所述的掘进机泥水循环系统，包括以下步骤：
步骤一、隧道电瓶车搭载所述掘进机泥水循环系统抵达施工现场。
步骤二、将掘进机进浆管14、掘进机排浆管15分别与膨润土箱2、初级沉淀箱3进行相连。
步骤三、启动所述掘进机泥水循环系统；裹挟着渣料的泥浆通过掘进机排浆管15被泵送进入初级沉淀箱3，初级沉淀箱3筛出泥浆中粒径超过初筛阈值的渣料，并使筛余的渣料沉淀于箱中；经过初级沉淀的浆液由沉淀箱间螺杆泵11通过箱间管道依次进入二级沉淀箱4、三级沉淀箱5、四级沉淀箱6，经过级别越高沉淀箱浆液中剩余的渣料的粒径越小；此时，若可编程控制器19显示泥浆中经筛余的渣料粒径满足要求，则进入步骤四，如果不满足要求则进入步骤五；之所以在四级沉淀箱过后进行颗粒检测是因为：由于板框式压滤机7仅适用于中小型矿物脱水处理，若大粒径的颗粒进入板框式压滤机7，则易导致入料管堵塞，滤板承受过大的挤压压力进而造成滤板损坏。
步骤四、施工人员则通过控制台18开放四级沉淀箱6尾部的阀门，使浆液前往板框式压滤机7进行最后的渣料分离；筛余的渣料暂时储存在板框式压滤机7中，而经处理完成的浆液经板框式压滤机7和膨润土箱2间的管道进入膨润土箱2添加渣土改良剂；添加渣土改良剂的浆液经管道进入掘进机进浆管14，完成系统的泥水主循环。如图3所示。
步骤五、施工人员通过控制台18关闭通往板框式压滤机7的阀门，此时，浆液会通过沉淀箱回液泥浆泵13送回初级沉淀箱3，再分别由初级沉淀箱3、二级沉淀箱4、三级沉淀箱5、四级沉淀箱6对浆液中渣料进行筛选、沉淀，进行系统的泥水次循环，如图4所示。直至浆液中渣料的粒径满足要求，再进入步骤四进行泥水主循环。
本发明所述系统的进浆管阀组8、沉淀箱间阀组10、沉淀箱回液管阀组12、沉淀箱液位计9情况均可通过内置在控制台中的可编程控制器19实时向施工人员反馈。此外，工程师还能通过控制台18对沉淀箱间螺杆泵11、沉淀箱回液泥浆泵13、板框式压滤机7等系统组件进行调控。此为本发明所述系统高度机械化的主要表现。
步骤三或步骤四或步骤五中：当可编程控制器19监测到某级沉淀箱的沉淀箱液位计9达到预警高度，施工人员可通过控制台18停止泥水循环系统运作，并通知电瓶车司机驾驶电瓶车将渣料运走；待各级沉淀箱被清空，电瓶车再次回到工作位点，重新开始工作。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，其特征在于：所述掘进机泥水循环系统以隧道电瓶车为载体，且通过管道分别连接设置在开挖泵房的掘进机泥水舱内的掘进机进浆管（14）和掘进机出浆管（15）；
所述掘进机泥水循环系统包括：控制台（18）及依次设置在电瓶车车头（1）之后排列的各个台车上的膨润土箱（2）、初级沉淀箱（3）、初级沉淀箱之后设置的至少一级中间沉淀箱、末级沉淀箱和板框式压滤机（7）；各级沉淀箱均设置有沉淀箱液位计（9）；
其中相邻两级沉淀箱之间分别通过管道、沉淀箱间阀组（10）、沉淀箱间螺杆泵（11）进行连接；末级沉淀箱的尾部通过管道及阀组与板框式压滤机（7）连接，并且末级沉淀箱的尾部装载了沉淀箱回液管阀组（12）、沉淀箱回液泥浆泵（13）及与初级沉淀箱（3）连接的回液管道；板框式压滤机（7）的尾端设置有与膨润土箱（2）的进浆管连接的管道，且膨润土箱（2）的进浆管设置有进浆管阀组（8）；膨润土箱（2）的出浆管通过管道连接所述掘进机进浆管（14）；初级沉淀箱（3）的进浆管通过管道连接所述掘进机出浆管（15）；
所述控制台（18）中内置有可编程控制器（19）；所述控制台（18）与进浆管阀组（8）、沉淀箱间阀组（10）、沉淀箱回液管阀组（12）、沉淀箱液位计（9）、沉淀箱间螺杆泵（11）、沉淀箱回液泥浆泵（13）及板框式压滤机（7）电连接；
通过可编程控制器（19）可实时监控进浆管阀组（8）、沉淀箱间阀组（10）、沉淀箱回液管阀组（12）和沉淀箱液位计（9）情况，并通过控制台（18）对进浆管阀组（8）、沉淀箱间阀组（10）、沉淀箱回液管阀组（12）、沉淀箱间螺杆泵（11）、沉淀箱回液泥浆泵（13）及板框式压滤机（7）进行调控。
2.根据权利要求1所述的用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，其特征在于：沉淀箱间螺杆泵（11）及沉淀箱回液泥浆泵（13）的电机全部采用交流电机，交流电机的调速控制全部采用变频器（16），可编程控制器（19）连接变频器（16）。
3.根据权利要求1所述的用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，其特征在于：板框式压滤机（7）连接有远程控制面板（17），远程控制面板（17）与控制台（18）电连接。
4.根据权利要求1所述的用于隧道泵房开挖的可移动式掘进机泥水循环系统，其特征在于：所述中间沉淀箱设置有两级分别为：二级沉淀箱（4）与三级沉淀箱（5），所述末级沉淀箱为四级沉淀箱（6）；初级沉淀箱（3）与二级沉淀箱（4）之间、二级沉淀箱（4）与三级沉淀箱（5）之间、三级沉淀箱（5）与四级沉淀箱（6）之间分别通过管道、沉淀箱间阀组（10）、沉淀箱间螺杆泵（11）进行连接；四级沉淀箱（6）的尾部通过管道及阀组与板框式压滤机（7）连接，并且四级沉淀箱（6）的尾部装载了沉淀箱回液管阀组（12）、沉淀箱回液泥浆泵（13）及与初级沉淀箱（3）连接的回液管道。
5.一种用于隧道泵房开挖的掘进机泥水循环方法，采用权利要求1~4中任意一项所述的掘进机泥水循环系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、隧道电瓶车搭载所述掘进机泥水循环系统抵达施工现场；
步骤二、将掘进机进浆管（14）、掘进机排浆管（15）分别与膨润土箱（2）、初级沉淀箱（3）进行相连；
步骤三、启动所述掘进机泥水循环系统；裹挟着渣料的泥浆通过掘进机排浆管（15）被泵送进入初级沉淀箱（3）；经过初级沉淀的浆液由沉淀箱间螺杆泵（11）通过箱间管道依次进入之后的各级沉淀箱，经过级别越高沉淀箱浆液中剩余的渣料的粒径越小；经过末级沉淀箱处理后，若可编程控制器（19）显示泥浆中经筛余的渣料粒径满足要求，则进入步骤四，如果不满足要求则进入步骤五；
步骤四、施工人员则通过控制台（18）开放末级沉淀箱尾部的阀门，使浆液前往板框式压滤机（7）进行最后的渣料分离；筛余的渣料暂时储存在板框式压滤机（7）中，而经处理完成的浆液经板框式压滤机（7）和膨润土箱（2）间的管道进入膨润土箱（2）添加渣土改良剂；添加渣土改良剂的浆液经管道进入掘进机进浆管（14），完成系统的泥水主循环；
步骤五、施工人员通过控制台（18）关闭通往板框式压滤机（7）的阀门，浆液通过沉淀箱回液泥浆泵（13）送回初级沉淀箱（3），再分别由各级沉淀箱对浆液中渣料进行筛选、沉淀，进行系统的泥水次循环，直至浆液中渣料的粒径满足要求，再进入步骤四完成系统的泥水主循环。
6.根据权利要求5所述的用于隧道泵房开挖的掘进机泥水循环方法，其特征在于：步骤三或步骤四或步骤五中：当可编程控制器（19）监测到某级沉淀箱的沉淀箱液位计（9）达到预警高度，施工人员可通过控制台（18）停止泥水循环系统运作，并通知电瓶车司机驾驶电瓶车将渣料运走；待各级沉淀箱被清空，电瓶车再次回到工作位点，重新开始工作。
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