CN117846628A - 一种刀盘防结泥饼的盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构机技术领域，公开了一种刀盘防结泥饼的盾构机。本发明的冲刷系统预先进行工作，在刀盘的前端和后端均保持一定的压力，以通过压力的作用，保障掘进过程中的压力，避免刀盘前端坍塌的同时，也能够减轻刀具的前进压力和降低刀具使用过程中的热量积攒，减少刀具的摩擦损失，在掘进的过程中，能够从多个方向对刀盘的掘进面和背面均进行冲刷，能够提供多个方向的冲击作用，有效地将渣土从刀盘的掘进面以及各个刀具上冲下，能够有效地避免在刀盘的掘进面、各个刀具上产生泥饼，防止渣土粘附在刀具上影响刀具的继续掘进，能够充分保证掘进的效果和掘进速度。

Description

一种刀盘防结泥饼的盾构机

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，具体为一种刀盘防结泥饼的盾构机。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)，它区别于敞开式施工法。国际上，广义盾构机也可以用于岩石地层，只是区别于敞开式(非盾构法)隧道掘进机。而在我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为(狭义)盾构机，将用于岩石地层的称为(狭义)TBM。盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构(局部气压、全局气压)，机械式盾构(开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构)。

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

在盾构施工过程中，盾构掘进具有一定的地质适应性，一旦选型不合理或者地质比较复杂或者盾构操作者施工方法不当，都会造成盾构施工效率低下。在工程实际应用中，盾构机在开挖黏性土、各类泥岩、强风化软岩等复杂地层时，刀盘的刀梁格栅极易被黏土堵塞，导致刀盘与掌子面间的渣浆很难流动至开挖仓内，渣浆经过多次碾压后，极易在刀盘表面形成泥饼、堵塞刀梁格栅。刀盘表面形成的泥饼，若不及时清理，会造成恶性循环，泥饼的厚度一旦超过开挖刀的高度，盾构刀盘将失去开挖能力，严重影响盾构施工。

现有盾构机的防泥系统包括冲洗管道，通过冲洗管道内的高压水或泥浆从冲刷口处喷射后，即可将刀盘和土仓上的泥土进行冲刷，从而改善刀盘和土仓内渣土的流动性，防止刀盘和土仓上产生泥饼，但上述的冲刷作用并不能整的作用在刀盘上和泥水舱的面层上，难以有效地防止在刀盘的掘进面以及刀具上产生泥饼。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种刀盘防结泥饼的盾构机。

为解决上述的技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种刀盘防结泥饼的盾构机，包括刀盘，所述刀盘的掘进面设置有若干条主梁和若干条副梁，若干条所述主梁和若干条所述副梁的表面均分别设置有若干个刀具；所述主梁和所述副梁在所述刀盘的掘进面均匀间隔设置，每条所述主梁和所述副梁的两侧均设置有渣土开口，所述刀盘的背面设置有泥水舱；在所述刀盘的掘进过程中，产生的渣土沿所述刀盘的径向流动，从各个所述渣土开口进入所述泥水舱；还包括冲刷系统，所述冲刷系统包括中心面板冲刷单元、中心开口冲刷单元、中心背冲刷单元和中心横向冲刷单元；所述中心面板冲刷单元和所述中心开口冲刷单元均用于对所述刀盘的掘进面进行冲刷，所述中心背冲刷单元和所述中心横向冲刷单元均用于对所述刀盘的背面进行冲刷；所述泥水舱远离所述刀盘的一侧设置有气垫舱，所述泥水舱与所述气垫舱之间设置有泥浆门，所述泥浆门用于隔离所述泥水舱和所述气垫舱；所述气垫舱内部底端设置有泥水搅拌器，所述气垫舱内部底端并且远离所述气垫舱的一侧设置有排浆管，所述排浆管靠近所述泥水搅拌器的一侧端口设置有格栅，所述泥水搅拌器用于对所述气垫舱内部底端进行搅拌，所述排浆管与排浆泵之间连通，所述格栅用于对进入所述排浆管的渣土粒径进行筛选，通过所述格栅的渣土粒径能够满足所述排浆泵的动力要求；还包括泥浆循环系统，从所述排浆管收集的泥水能够经过处理后供给所述冲刷系统、气垫舱保压系统和超前注浆系统，所述气垫舱保压系统用于维持所述气垫舱内部的泥浆液位，所述超前注浆系统用于对所述刀盘掘进面的地质进行加固。

优选地，所述中心面板冲刷单元设置在所述刀盘的掘进面的中央，所述中心面板冲刷单元设置有四个均匀分布的冲刷路径；所述中心开口冲刷单元设置在所述中心面板冲刷单元的外侧，所述中心开口冲刷单元包括四个正面冲刷开口，每个所述正面冲刷开口均设置有相互垂直的两个冲刷路径；所述中心面板冲刷单元和所述中心开口冲刷单元共同具有12个冲刷所述刀盘的掘进面的冲刷路径，相邻的两个冲刷路径之间的夹角均相等。

优选地，所述中心背冲刷单元包括两个背面垂直冲刷开口，所述背面垂直冲刷开口均分别与所述刀盘的背面垂直；所述中心横向冲刷单元包括两个背面横向冲刷管路，两个所述背面横向冲刷管路均分别具有两个方向相反的背面横向冲刷开口，所述背面横向冲刷开口均分别与所述刀盘的背面平行。

优选地，所述泥浆循环系统包括排浆泵、中继泵、调整池、沉淀池、分离设备和进浆泵，所述排浆泵用于从排浆管抽取泥浆，并通过中继泵将泥浆输入调整池、沉淀池、分离设备分别进行处理，处理后的浆液通过进浆泵供给所述冲刷系统、气垫舱保压系统和超前注浆系统。

优选地，所述泥浆门包括前闸门，所述前闸门两侧设置有液压杆，所述液压杆用于控制所述前闸门的开闭，所述泥浆门的位于所述泥水舱的一面两侧还设置有泥浆门冲刷喷头；所述泥浆门冲刷喷头与所述泥浆循环系统的进浆泵连通，所述泥浆门冲刷喷头能够对前闸门位于所述泥水舱的一面进行冲洗。

优选地，所述泥水搅拌器包括搅拌叶轮、驱动马达、耐磨外筒，所述耐磨外筒贯穿并固定在所述气垫舱的舱壁内部，所述搅拌叶轮与所述耐磨外筒之间转动连接，所述驱动马达的输出轴贯穿所述耐磨外筒内部，并且所述驱动马达的输出轴与所述搅拌叶轮之间固定，所述驱动马达能够输出动力驱动所述搅拌叶轮旋转对所述气垫舱内部底端进行搅拌。

优选地，所述搅拌叶轮包括若干个搅拌翅，所述搅拌翅旋转时能够对所述气垫舱内部底端的渣土进行破碎；所述格栅设置在所述气垫舱远离所述泥水舱的一侧舱壁底端，所述格栅位于所述气垫舱内部的一面两侧还设置有格栅冲刷喷头，所述格栅冲刷喷头与所述泥浆循环系统的进浆泵连通，所述格栅冲刷喷头能够对所述格栅位于所述气垫舱内部的一面进行冲洗。

优选地，所述气垫舱保压系统包括液体保压喷头和气体保压喷头，所述液体保压喷头设置在所述气垫舱的中部，所述液体保压喷头与所述泥浆循环系统的进浆泵连通，所述气体保压喷头与保压气罐连通；所述气垫舱保压系统能够通过所述液体保压喷头对所述气垫舱内部提供浆液，以及通过所述气体保压喷头对所述气垫舱内部提供压缩空气，保持所述气垫舱的内部压力。

优选地，所述超前注浆系统包括若干个圆周注浆孔和若干个水平注浆孔，所述圆周注浆孔均匀分布在盾构机中盾的盾壳圆周，所述水平注浆孔设置在盾构机盾体的压力隔板表面；若干个所述圆周注浆孔和若干个所述水平注浆孔能够分别与泥浆泵连接，通过泥浆泵分别向若干个所述圆周注浆孔和若干个所述水平注浆孔提供混合泥浆。

优选地，若干个所述圆周注浆孔和若干个所述水平注浆孔还能够与所述泥浆循环系统的进浆泵连通，所述进浆泵能够分别向若干个所述圆周注浆孔和若干个所述水平注浆孔提供处理后的浆液。

与现有技术相比，本发明提供了一种刀盘防结泥饼的盾构机，具备以下

有益效果：

1、该种刀盘防结泥饼的盾构机，冲刷系统预先进行工作，在刀盘的前端和后端均保持一定的压力，以通过压力的作用，保障掘进过程中的压力，避免刀盘前端坍塌的同时，也能够减轻刀具的前进压力和降低刀具使用过程中的热量积攒，减少刀具的摩擦损失，由于每条主梁和副梁的两侧均设置有渣土开口，使得在刀盘掘进的转动过程中，各个刀具破碎地层产生的渣土能够沿刀盘的径向流动，从各个渣土开口进入泥水舱，在掘进的过程中，通过中心面板冲刷单元和中心开口冲刷单元均用于对刀盘的掘进面进行冲刷，中心背冲刷单元和中心横向冲刷单元均用于对刀盘的背面进行冲刷，并且冲刷以及从地层内产生的渗水等能够随产生的水流进入泥水舱，在冲刷系统的作用下，能够从多个方向对刀盘的掘进面和背面均进行冲刷，能够提供多个方向的冲击作用，有效地将渣土从刀盘的掘进面以及各个刀具上冲下，能够有效地避免在刀盘的掘进面、各个刀具上产生泥饼，防止渣土粘附在刀具上影响刀具的继续掘进，能够充分保证掘进的效果和掘进速度，也能够通过冲刷产生的水压，对掘进面进行保压作用，有效避免掘进面的压力不足而产生坍塌。

2、该种刀盘防结泥饼的盾构机，冲刷产生的泥浆从每条主梁和副梁的两侧均设置的渣土开口进入泥水舱，在泥水舱内部经过重力的作用，下降至泥水舱的底部，通过泥浆门的作用能够隔离或者开放泥水舱和气垫舱之间的路径，泥浆通过泥浆门进入气垫舱内部后，在泥水搅拌器的作用下搅拌，以能够防止渣土在泥浆门后端的气垫舱内部堆积，保证经过气垫舱的泥浆的流动通畅，经过搅拌后的泥浆通过格栅对进入排浆管的渣土粒径进行筛选，以使得能够通过格栅的渣土粒径能够满足排浆泵的动力要求，以能够有效地防止排浆管的堵塞和排浆管内部的泥浆流畅通行。

3、该种刀盘防结泥饼的盾构机，通过中心面板冲刷单元设置的四个均匀分布的冲刷路径，中心开口冲刷单元的四个正面冲刷开口，每个正面冲刷开口均设置有相互垂直的两个冲刷路径，使得在刀盘的掘进面具有个间隔相等的冲刷路径，能够有效地对刀盘的掘进面进行冲刷；在刀盘的背面，背面垂直冲刷开口均分别与刀盘的背面垂直，两个背面横向冲刷管路均分别具有两个方向相反的背面横向冲刷开口，背面横向冲刷开口均分别与刀盘的背面平行，从而存在垂直于刀盘的背面和平行于刀盘的背面的多条冲刷路径能够防止从各个渣土开口进入泥水舱的泥浆在刀盘的背面结饼，充分保证冲刷的有效性，并由于刀盘背面的冲刷路径小于刀盘掘进面的冲刷路径，能够方便地通过控制即使得在掘进面产生的冲刷压力大于泥水舱内部的压力，能够通过压力差有效地防止掘进面、各个刀具上产生泥饼，以有效保证掘进的效果。

附图说明

图1为本发明的刀盘的掘进面的结构示意图；

图2为本发明的泥水舱、冲刷系统和气垫舱的结构示意图；

图3为本发明的中心背冲刷单元和中心横向冲刷单元的结构示意图；

图4为本发明的泥浆循环系统的循环流程示意图；

图5为本发明的泥水舱和气垫舱的下部结构示意图；

图6为本发明的泥浆门位于泥水腔的一侧的结构示意图；

图7为本发明的泥水搅拌器和格栅的结构示意图；

图8为本发明的泥水搅拌器的结构示意图；

图9为本发明的超前注浆系统在中盾表面的位置示意图。

图中：1、刀盘；11、主梁；12、副梁；13、渣土开口；2、泥水舱；3、冲刷系统；31、中心面板冲刷单元；32、中心开口冲刷单元；33、中心背冲刷单元；331、背面垂直冲刷开口；34、中心横向冲刷单元；341、背面横向冲刷管路；342、背面横向冲刷开口；4、气垫舱；41、泥浆门；411、前闸门；412、液压杆；413、泥浆门冲刷喷头；42、泥水搅拌器；421、搅拌叶轮；4221、搅拌翅；422、驱动马达；423、耐磨外筒；43、排浆管；44、格栅；441、格栅冲刷喷头；45、气垫舱保压系统；5、泥浆循环系统；6、超前注浆系统；61、圆周注浆孔；62、水平注浆孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种刀盘防结泥饼的盾构机。

请参阅图1-图9，一种刀盘防结泥饼的盾构机，包括刀盘1，刀盘1的掘进面设置有若干条主梁11和若干条副梁12，若干条主梁11和若干条副梁12的表面均分别设置有若干个刀具；主梁11和副梁12在刀盘1的掘进面均匀间隔设置，每条主梁11和副梁12的两侧均设置有渣土开口13，刀盘1的背面设置有泥水舱2；在刀盘1的掘进过程中，产生的渣土沿刀盘1的径向流动，从各个渣土开口13进入泥水舱2；还包括冲刷系统3，冲刷系统3包括中心面板冲刷单元31、中心开口冲刷单元32、中心背冲刷单元33和中心横向冲刷单元34；中心面板冲刷单元31和中心开口冲刷单元32均用于对刀盘1的掘进面进行冲刷，中心背冲刷单元33和中心横向冲刷单元34均用于对刀盘1的背面进行冲刷；泥水舱2远离刀盘1的一侧设置有气垫舱4，泥水舱2与气垫舱4之间设置有泥浆门41，泥浆门41用于隔离泥水舱2和气垫舱4；气垫舱4内部底端设置有泥水搅拌器42，气垫舱4内部底端并且远离气垫舱4的一侧设置有排浆管43，排浆管43靠近泥水搅拌器42的一侧端口设置有格栅44，泥水搅拌器42用于对气垫舱4内部底端进行搅拌，排浆管43与排浆泵之间连通，格栅44用于对进入排浆管43的渣土粒径进行筛选，通过格栅44的渣土粒径能够满足排浆泵的动力要求；还包括泥浆循环系统5，从排浆管43收集的泥水能够经过处理后供给冲刷系统3、气垫舱保压系统45和超前注浆系统6，气垫舱保压系统45用于维持气垫舱4内部的泥浆液位，超前注浆系统6用于对刀盘1掘进面的地质进行加固。

在使用时，冲刷系统3预先进行工作，在刀盘1的前端和后端(前端为掘进面的指向方向，后端为掘进面的背向方向)均保持一定的压力，以通过压力的作用，保障掘进过程中的压力，避免刀盘1前端坍塌的同时，能够提供刀盘1的表面设置的若干刀具一定的润滑，也能够减轻刀具的前进压力和降低刀具使用过程中的热量积攒，减少刀具的摩擦损失，在刀盘1后端的推动力和转动驱动力的作用下，刀盘1向设定的掘进面进行掘进，由于主梁11和副梁12在刀盘1的掘进面均匀间隔设置，若干条主梁11和若干条副梁12的表面均分别设置有若干个刀具，每条主梁11和副梁12的两侧均设置有渣土开口13，使得在刀盘1掘进的转动过程中，各个刀具破碎地层产生的渣土能够沿刀盘1的径向流动，从各个渣土开口13进入泥水舱2，在掘进的过程中，通过中心面板冲刷单元31和中心开口冲刷单元32均用于对刀盘1的掘进面进行冲刷，中心背冲刷单元33和中心横向冲刷单元34均用于对刀盘1的背面进行冲刷，并且冲刷以及从地层内产生的渗水等能够随产生的水流进入泥水舱2，在冲刷系统3的作用下，能够从多个方向对刀盘1的掘进面和背面均进行冲刷，能够提供多个方向的冲击作用(在实际使用中，在掘进面产生的冲刷压力大于泥水舱2内部的压力3bar，就有较好的冲刷效果，能够产生较好的防泥饼效果)，有效地将渣土从刀盘1的掘进面以及各个刀具上冲下，能够有效地避免在刀盘1的掘进面、各个刀具上产生泥饼，防止渣土(泥饼)粘附在刀具上影响刀具的继续掘进，能够充分保证掘进的效果和掘进速度，也能够通过冲刷产生的水压，对掘进面进行保压作用，有效避免掘进面的压力不足而产生坍塌；

冲刷产生的泥浆(包括渣土、石块等)从每条主梁11和副梁12的两侧均设置的渣土开口13进入泥水舱2，在泥水舱2内部经过重力的作用，下降至泥水舱2的底部，通过泥浆门41的作用能够隔离或者开放泥水舱2和气垫舱4之间的路径，泥浆通过泥浆门41进入气垫舱4内部后，在泥水搅拌器42的作用下搅拌，以能够防止渣土在泥浆门41后端的气垫舱4内部堆积，保证经过气垫舱4的泥浆的流动通畅，经过搅拌后的泥浆通过格栅44对进入排浆管43的渣土粒径进行筛选，以使得能够通过格栅44的渣土粒径能够满足排浆泵的动力要求，以能够有效地防止排浆管43的堵塞和排浆管43内部的泥浆流畅通行；

并在使用时，通过泥浆循环系统5的设置，将从排浆管43收集的泥水能够经过处理后供给冲刷系统3、气垫舱保压系统45和超前注浆系统6，气垫舱保压系统45用于维持气垫舱4内部的泥浆液位，超前注浆系统6用于对刀盘1掘进面的地质进行加固，以维持掘进过程中的浆液需求，减少对水资源的污染，提高水的利用效率。

进一步地，请参阅图1-图3，中心面板冲刷单元31设置在刀盘1的掘进面的中央，中心面板冲刷单元31设置有四个均匀分布的冲刷路径；中心开口冲刷单元32设置在中心面板冲刷单元31的外侧，中心开口冲刷单元32包括四个正面冲刷开口，每个正面冲刷开口均设置有相互垂直的两个冲刷路径；中心面板冲刷单元31和中心开口冲刷单元32共同具有12个冲刷刀盘1的掘进面的冲刷路径，相邻的两个冲刷路径之间的夹角均相等。

中心背冲刷单元33包括两个背面垂直冲刷开口331，背面垂直冲刷开口331均分别与刀盘1的背面垂直；中心横向冲刷单元34包括两个背面横向冲刷管路341，两个背面横向冲刷管路341均分别具有两个方向相反的背面横向冲刷开口342，背面横向冲刷开口342均分别与刀盘1的背面平行。

其中，在使用时，冲刷系统3还设置有刀具冲刷单元，刀具冲刷单元能够对刀盘1的掘进面设置的刀具进行独立的冲洗，避免刀具表面的结泥，影响刀具的正常使用。

从而在使用过程中，通过中心面板冲刷单元31设置的四个均匀分布的冲刷路径，中心开口冲刷单元32的四个正面冲刷开口，每个正面冲刷开口均设置有相互垂直的两个冲刷路径，使得在刀盘1的掘进面具有12个间隔相等的冲刷路径，能够有效地对刀盘1的掘进面进行冲刷；在刀盘1的背面，背面垂直冲刷开口331均分别与刀盘1的背面垂直，两个背面横向冲刷管路341均分别具有两个方向相反的背面横向冲刷开口342，背面横向冲刷开口342均分别与刀盘1的背面平行，从而存在垂直于刀盘1的背面和平行于刀盘1的背面的多条冲刷路径能够防止从各个渣土开口13进入泥水舱2的泥浆在刀盘1的背面结饼，充分保证冲刷的有效性，并由于刀盘1背面的冲刷路径小于刀盘1掘进面的冲刷路径，能够方便地通过控制，即使得在掘进面产生的冲刷压力大于泥水舱2内部的压力，能够通过压力差有效地防止掘进面、各个刀具上产生泥饼，以有效保证掘进的效果。

进一步地，请参阅图1-图2、图4，泥浆循环系统5包括排浆泵、中继泵、调整池、沉淀池、分离设备和进浆泵，排浆泵用于从排浆管43抽取泥浆，并通过中继泵将泥浆输入调整池、沉淀池、分离设备分别进行处理，处理后的浆液通过进浆泵供给冲刷系统3、气垫舱保压系统45和超前注浆系统6。

在使用时，通过泥浆循环系统5的设置，使得泥浆能够被排浆泵从排浆管43抽取，然后通过中继泵将泥浆输入调整池、沉淀池、分离设备分别进行处理(包括pH值调节、沉淀、分离等处理，上述处理过程均为现有技术中的常见技术手段，在此不再赘述)，处理后的浆液通过进浆泵供给冲刷系统3、气垫舱保压系统45和超前注浆系统6，能够有效地对掘进过程中以及冲洗过程中产生的泥浆进行处理，通过处理后的浆液和市政水等进行配合使用，以维持掘进过程中的浆液需求，减少对水资源的污染，提高水的利用效率。

在实际使用中，所述泥浆循环系统5既有保持掌子面压力的作用，也有排渣的作用，但保持掌子面压力的作用是首先且必须满足的，为保证施工安全，当液位监视显示气垫舱4液面已经达到低液位时，便需停止从气垫舱4排出泥浆的工作，且所有相关球阀必须设定到各自相应的位置。

同样，当气垫舱4达到高液位时，气垫舱4和泥水舱2的进浆便停止，且所有相关球阀也必须设定到各自相应的位置。

泥水舱2内泥浆压力的调节步骤为：

将先前计算的所需泥浆量与测得的进浆量进行比较，接近计算所需进浆量时可短时、小开口打开平衡管路上的放空球阀以检验泥水舱2泥浆是否灌满，有泥浆漏出说明泥水舱2已灌满，可关闭进浆球阀，否则关闭放空球阀并继续往泥水舱2进浆；观察泥水舱2内的泥浆压力，如压力下降超过允许值时，打开进浆球阀往泥水舱2内灌浆直至泥水舱2泥浆压力达到设定值；关闭空气保压系统，按一定、有序步骤降低气垫舱4压力。

泥浆循环系统5的泥水循环工作模式主要分为旁通模式、掘进模式、逆循环模式、停机保压模式、维修保压模式和管路延伸模式等。

1)旁通模式：

旁通模式是泥水循环系统的中间模式。掘进之前盾构主司机依靠调节进浆泵和排浆泵的转速来控制进浆管和排浆管的压力，直到达到泥水循环的最佳流量，同时将隧道内的排浆泵/进浆泵同步调整至需要的转速和流量。

2)掘进模式：

只能经由旁通模式，才可切换到掘进模式。在掘进模式下，进/排浆泵的转速调节达到要求的流量和压力，此流量和压力需要与推进速度和地质条件相适应。掘进模式需要至少开启前方3根进浆支路。

3)逆循环模式：

泥水舱2底部、气垫舱4底部或主机段排浆管路堵塞时，使用逆冲洗模式进行疏通，该模式可以实现持续冲洗直至堵塞疏通。

4)停机保压模式：

盾构机长时间处于停机状态时，泥水舱2内可能发生泥浆的损失，因此，有必要对气垫舱4的泥浆液位进行控制，必要时应进行泥浆的补充。

5)维修保压模式：

操作人员常压在气垫舱4内维修部件时，泥浆门关闭，气垫舱4与泥水舱2不再连通，此时采用保压气罐保证泥水舱2压力的稳定，同时也能对泥水舱2泥浆进行补充。

6)管路延伸模式：

管路延伸模式需停机情况下进行切换，为了能在掘进过程中对管路进行延伸，需通过延伸装置周期性对进浆管/排浆管路进行加长，同时需要对泥浆管内的泥浆进行处理，系统设计有泥浆收集系统，将主进/排浆管道内的泥浆排送至气垫舱4内，泥浆被有效地回收利用并实现了泥浆的零泄漏、零污染。

进一步地，请参阅图1-图2、图4-图8，泥浆门41包括前闸门411，前闸门411两侧设置有液压杆412，液压杆412用于控制前闸门411的开闭，泥浆门41的位于泥水舱2的一面两侧还设置有泥浆门冲刷喷头413；泥浆门冲刷喷头413与泥浆循环系统5的进浆泵连通，泥浆门冲刷喷头413能够对前闸门411位于泥水舱2的一面进行冲洗，防止渣土在前闸门411位于泥水舱2的一面前方沉积，其中，在具体使用时，前闸门411的开口尺寸与搅拌叶轮421可以破碎操作的最大粒径相符，前闸门411设置有安全销，可以保证在工作舱里安全地进行检查和维修工作。

泥水搅拌器42包括搅拌叶轮421、驱动马达422、耐磨外筒423，耐磨外筒423贯穿并固定在气垫舱4的舱壁内部，搅拌叶轮421与耐磨外筒423之间转动连接，驱动马达422的输出轴贯穿耐磨外筒423内部，并且驱动马达422的输出轴与搅拌叶轮421之间固定，驱动马达422能够输出动力驱动搅拌叶轮421旋转对气垫舱4内部底端进行搅拌，防止其在泥浆门41后方渣土的堆积，确保泥浆循环系统5的畅通。

搅拌叶轮421包括若干个搅拌翅4221，搅拌翅4221旋转时能够对气垫舱4内部底端的渣土进行破碎，以减少渣土对格栅44的堵塞；格栅44设置在气垫舱4远离泥水舱2的一侧舱壁底端，格栅44位于气垫舱4内部的一面两侧还设置有格栅冲刷喷头441，格栅冲刷喷头441与泥浆循环系统5的进浆泵连通，格栅冲刷喷头441能够对格栅44位于气垫舱4内部的一面进行冲洗，防止渣土对格栅44造成堵塞。

气垫舱保压系统45包括液体保压喷头和气体保压喷头，液体保压喷头设置在气垫舱4的中部，液体保压喷头与泥浆循环系统5的进浆泵连通，气体保压喷头与保压气罐连通；气垫舱保压系统45能够通过液体保压喷头对气垫舱4内部提供浆液，以及通过气体保压喷头对气垫舱4内部提供压缩空气，保持气垫舱4的内部压力，气垫舱4内部的压力和浆液不足对盾构机的运行和维护产生影响。

其中，在使用时，泥水舱2与气垫舱4之间的隔板上设置有若干个搅拌棒，通过搅拌棒能够在泥水腔2内部对渣土进行预搅拌，使得进入气垫舱4内部的渣土之间较为松散，避免对气垫舱4造成堵塞。

进一步地，请参阅图1-图2、图4、图9，超前注浆系统6包括若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62，圆周注浆孔61均匀分布在盾构机中盾的盾壳圆周，水平注浆孔62设置在盾构机盾体的压力隔板表面；若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62能够分别与泥浆泵连接，通过泥浆泵分别向若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62提供混合泥浆。

其中，泥浆泵向若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62提供混合泥浆为现有技术中的常见用于压力固化的浆液，注浆量和浆液的配制均需与当前掘进地层之间相匹配。

若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62还能够与泥浆循环系统5的进浆泵连通，进浆泵能够分别向若干个圆周注浆孔61和若干个水平注浆孔62提供处理后的浆液，以减少对市政水的过分抽取，能够在维持掘进过程中的浆液需求的同时，减少对水资源的污染，提高水的利用效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：包括刀盘(1)，所述刀盘(1)的掘进面设置有若干条主梁(11)和若干条副梁(12)，若干条所述主梁(11)和若干条所述副梁(12)的表面均分别设置有若干个刀具；

所述主梁(11)和所述副梁(12)在所述刀盘(1)的掘进面均匀间隔设置，每条所述主梁(11)和所述副梁(12)的两侧均设置有渣土开口(13)，所述刀盘(1)的背面设置有泥水舱(2)；在所述刀盘(1)的掘进过程中，产生的渣土沿所述刀盘(1)的径向流动，从各个所述渣土开口(13)进入所述泥水舱(2)；

还包括冲刷系统(3)，所述冲刷系统(3)包括中心面板冲刷单元(31)、中心开口冲刷单元(32)、中心背冲刷单元(33)和中心横向冲刷单元(34)；所述中心面板冲刷单元(31)和所述中心开口冲刷单元(32)均用于对所述刀盘(1)的掘进面进行冲刷，所述中心背冲刷单元(33)和所述中心横向冲刷单元(34)均用于对所述刀盘(1)的背面进行冲刷；

所述泥水舱(2)远离所述刀盘(1)的一侧设置有气垫舱(4)，所述泥水舱(2)与所述气垫舱(4)之间设置有泥浆门(41)，所述泥浆门(41)用于隔离所述泥水舱(2)和所述气垫舱(4)；

所述气垫舱(4)内部底端设置有泥水搅拌器(42)，所述气垫舱(4)内部底端并且远离所述气垫舱(4)的一侧设置有排浆管(43)，所述排浆管(43)靠近所述泥水搅拌器(42)的一侧端口设置有格栅(44)，所述泥水搅拌器(42)用于对所述气垫舱(4)内部底端进行搅拌，所述排浆管(43)与排浆泵之间连通，所述格栅(44)用于对进入所述排浆管(43)的渣土粒径进行筛选，通过所述格栅(44)的渣土粒径能够满足所述排浆泵的动力要求；

还包括泥浆循环系统(5)，从所述排浆管(43)收集的泥水能够经过处理后供给所述冲刷系统(3)、气垫舱保压系统(45)和超前注浆系统(6)，所述气垫舱保压系统(45)用于维持所述气垫舱(4)内部的泥浆液位，所述超前注浆系统(6)用于对所述刀盘(1)掘进面的地质进行加固。

2.根据权利要求1所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述中心面板冲刷单元(31)设置在所述刀盘(1)的掘进面的中央，所述中心面板冲刷单元(31)设置有四个均匀分布的冲刷路径；

所述中心开口冲刷单元(32)设置在所述中心面板冲刷单元(31)的外侧，所述中心开口冲刷单元(32)包括四个正面冲刷开口，每个所述正面冲刷开口均设置有相互垂直的两个冲刷路径；

所述中心面板冲刷单元(31)和所述中心开口冲刷单元(32)共同具有12个冲刷所述刀盘(1)的掘进面的冲刷路径，相邻的两个冲刷路径之间的夹角均相等。

3.根据权利要求1所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述中心背冲刷单元(33)包括两个背面垂直冲刷开口(331)，所述背面垂直冲刷开口(331)均分别与所述刀盘(1)的背面垂直；

所述中心横向冲刷单元(34)包括两个背面横向冲刷管路(341)，两个所述背面横向冲刷管路(341)均分别具有两个方向相反的背面横向冲刷开口(342)，所述背面横向冲刷开口(342)均分别与所述刀盘(1)的背面平行。

4.根据权利要求1所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述泥浆循环系统(5)包括排浆泵、中继泵、调整池、沉淀池、分离设备和进浆泵，所述排浆泵用于从排浆管(43)抽取泥浆，并通过中继泵将泥浆输入调整池、沉淀池、分离设备分别进行处理，处理后的浆液通过进浆泵供给所述冲刷系统(3)、气垫舱保压系统(45)和超前注浆系统(6)。

5.根据权利要求4所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述泥浆门(41)包括前闸门(411)，所述前闸门(411)两侧设置有液压杆(412)，所述液压杆(412)用于控制所述前闸门(411)的开闭，所述泥浆门(41)的位于所述泥水舱(2)的一面两侧还设置有泥浆门冲刷喷头(413)；

所述泥浆门冲刷喷头(413)与所述泥浆循环系统(5)的进浆泵连通，所述泥浆门冲刷喷头(413)能够对前闸门(411)位于所述泥水舱(2)的一面进行冲洗。

6.根据权利要求5所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述泥水搅拌器(42)包括搅拌叶轮(421)、驱动马达(422)、耐磨外筒(423)，所述耐磨外筒(423)贯穿并固定在所述气垫舱(4)的舱壁内部，所述搅拌叶轮(421)与所述耐磨外筒(423)之间转动连接，所述驱动马达(422)的输出轴贯穿所述耐磨外筒(423)内部，并且所述驱动马达(422)的输出轴与所述搅拌叶轮(421)之间固定，所述驱动马达(422)能够输出动力驱动所述搅拌叶轮(421)旋转对所述气垫舱(4)内部底端进行搅拌。

7.根据权利要求6所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述搅拌叶轮(421)包括若干个搅拌翅(4221)，所述搅拌翅(4221)旋转时能够对所述气垫舱(4)内部底端的渣土进行破碎；

所述格栅(44)设置在所述气垫舱(4)远离所述泥水舱(2)的一侧舱壁底端，所述格栅(44)位于所述气垫舱(4)内部的一面两侧还设置有格栅冲刷喷头(441)，所述格栅冲刷喷头(441)与所述泥浆循环系统(5)的进浆泵连通，所述格栅冲刷喷头(441)能够对所述格栅(44)位于所述气垫舱(4)内部的一面进行冲洗。

8.根据权利要求1所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述气垫舱保压系统(45)包括液体保压喷头和气体保压喷头，所述液体保压喷头设置在所述气垫舱(4)的中部，所述液体保压喷头与所述泥浆循环系统(5)的进浆泵连通，所述气体保压喷头与保压气罐连通；

所述气垫舱保压系统(45)能够通过所述液体保压喷头对所述气垫舱(4)内部提供浆液，以及通过所述气体保压喷头对所述气垫舱(4)内部提供压缩空气，保持所述气垫舱(4)的内部压力。

9.根据权利要求5所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：所述超前注浆系统(6)包括若干个圆周注浆孔(61)和若干个水平注浆孔(62)，所述圆周注浆孔(61)均匀分布在盾构机中盾的盾壳圆周，所述水平注浆孔(62)设置在盾构机盾体的压力隔板表面；

若干个所述圆周注浆孔(61)和若干个所述水平注浆孔(62)能够分别与泥浆泵连接，通过泥浆泵分别向若干个所述圆周注浆孔(61)和若干个所述水平注浆孔(62)提供混合泥浆。

10.根据权利要求9所述的一种刀盘防结泥饼的盾构机，其特征在于：若干个所述圆周注浆孔(61)和若干个所述水平注浆孔(62)还能够与所述泥浆循环系统(5)的进浆泵连通，所述进浆泵能够分别向若干个所述圆周注浆孔(61)和若干个所述水平注浆孔(62)提供处理后的浆液。