CN118273723A - 注浆封底系统和竖井施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种注浆封底系统和竖井施工工艺，注浆封底系统包括：第一管道，一端设在掘进机的泥水仓内；第二管道，一端设在泥水仓内；用于向第一管道内输入封底浆液的第一旁通管道，其连接在第一管道上；连接在第二管道上的第二旁通管道，第二旁通管道上设有用于稳定泥水仓内的压力的稳压装置；在掘进作业状态下，第一管道、泥水仓和第二管道连通，以形成用于将泥水仓内的泥渣混合物对外输送的渣土输送回路；在封底作业状态下，第一旁通管道和第二旁通管道分别通过部分第一管道和部分第二管道与泥水仓连通。本发明的注浆封底系统，其在掘进时的泥渣出浆过程和封底时的注浆过程共用一套循环管道，能够在狭小空间内实现注浆封底作业。

Description

注浆封底系统和竖井施工工艺

技术领域

本发明涉及竖井施工技术领域，尤其涉及一种注浆封底系统和竖井施工工艺。

背景技术

注浆封底是机械法向下施工主隧道内盲井的关键性步骤，尤其在高水压地层，掘进机掘进至指定位置，若井底存在水土压力，此时掘进机回退出竖井，泥水仓的泥浆将进入到新建的竖井内，井底水压较大的情况下甚至会蔓延到主隧道内，井底地层高压水携渣外涌，井底水土压力失去平衡，大量的泥土流失会导致主隧道结构失稳，坍塌，后果不堪设想。

注浆封底是实现井底泥水压力和新建竖井内部空间隔离的重要手段，通过泥浆管路向泥水仓内注入混凝土，基于混凝土水下灌注的原理和工艺，实现井底注浆。待混凝土凝固后，与留在井底的外盾体和管节形成一个整体，将外部泥土与暗井、主隧道内部的空间隔离开，在主机回退和撤场的过程中保证暗井和主隧道结构稳定。

现有技术中用于注浆封底的系统多为单独设置的注浆管道，以及与注浆管道相配合的整套注浆系统，单独设置的注浆管道以及相配套的注浆系统将会占用大量的井下空间，在井底内部空间有限的情况下较难实现井底的封堵；且在掘进完成后需要进行注浆系统的安装和调试，因此现有的注浆系统已经不能够满足高效施工的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种注浆封底系统和竖井施工工艺，掘进时的泥渣出浆过程和封底时的注浆过程共用一套循环管道，能够在狭小空间内实现注浆封底作业，安全性和经济性较高。

一方面，本发明提供一种注浆封底系统，其包括：

第一管道，一端设在掘进机的刀盘处所形成的泥水仓内；

第二管道，一端设在所述泥水仓内；

第一旁通管道，连接在所述第一管道上，所述第一旁通管道用于向所述第一管道内输入封底浆液；

第二旁通管道，连接在所述第二管道上，所述第二旁通管道上设有稳压装置，所述稳压装置用于在注浆封底过程中稳定所述泥水仓内的压力；

在所述掘进机处于掘进作业状态下，所述第一管道、所述泥水仓和所述第二管道连通，以形成用于将所述泥水仓内的泥渣混合物对外输送的渣土输送回路；

在所述掘进机处于封底作业状态下，所述第一旁通管道和所述第二旁通管道分别通过至少部分所述第一管道和至少部分所述第二管道与所述泥水仓连通。

本发明所述的注浆封底系统，第一旁通管道的设置，使得掘进过程中的泥水循环出渣和封底过程中的注浆循环封底共用部分第一管道和部分第二管道，进而形成能够在不同状态下进行切换的双循环系统，避免了单独设置相应的注浆封底系统，提高设备的集成度和自动化程度，提高了施工效率，完善了注浆封底施工工艺。

本发明所述的注浆封底系统，第二旁通管道上设置有稳压装置，利用稳压装置内的空气作为缓冲泥水仓内压力的介质，提高了注浆封底的安全性。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一管道为进浆管道，所述第二管道为排浆管道；或者，所述第一管道为排浆管道，所述第二管道为进浆管道。

在本实施方式中，可以根据实际需要或者空间要求，将用于泵入封底浆液的第一旁通管道与进浆管道或者排浆管道相连，而将用于稳定泥水仓内压力的第二旁通管道与另一管道相连。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述稳压装置包括设置在第二旁通管道上的稳压罐和空气压缩机，在所述第二旁通管道与所述第二管道相连通的状态下，所述稳压罐与所述泥水仓相连通以稳定所述泥水仓内的气压。

在本实施方式中，利用稳压罐内的空气作为缓冲泥水仓内压力的介质，空气压缩机作为稳压罐的气源，能够向稳压罐内通入压缩空气，进而使得稳压罐形成一个稳定的压力源。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述空气压缩机与所述泥水仓之间连接有补气管道。

在本实施方式中，空气压缩机能够在泥水仓内压力不足的情况下直接通过补气管道向泥水仓内通入空气，以快速补充泥水仓内的压力，保证封底作业过程的顺利进行。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述稳压罐上设置有放气阀，所述稳压装置还包括气压控制单元，所述放气阀和所述空气压缩机均与所述气压控制单元电连接；

在所述泥水仓内压力小于设定阈值的状态下，所述气压控制单元控制所述空气压缩机开启；

在所述泥水仓内压力大于设定阈值的状态下，所述气压控制单元控制所述放气阀开启。

在本实施方式，通过气体控制单元对稳压罐内的压力进行实时控制，将稳压罐内的压力稳定在一定的阈值范围内，保证封底过程中的安全。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述注浆封底系统还包括泥水分离站，所述第一管道的另一端和所述第二管道的另一端均与所述泥水分离站相连。

在本实施方式中，泥水分离站能够分离出泥渣混合物中固体渣土，同时经过过滤后产生的泥浆重新送入进浆管道内，进而实现渣土输送回路中输送介质的循环利用，减少了竖井掘进过程中水资源的使用。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一管道与所述第二管道之间连接有第三管道。

在本实施方式中，第三管道能够实现第一管道与第二管道相连通，进而在第一管道、第二管道和第三管道之间形成泥浆循环回路，在掘进作业之前对管道内部的泥浆的流量进行调整，使第一管道和第二管道内的泥浆能够保持在一个合适的范围内。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一管道、所述第二管道、和所述第一旁通管道上均设有输送泵。

在本实施方式中，输送泵能够为第一管道和第二管道内流体的流动提供动力，同时能够为第一旁通管道内封底浆液的流动提供动力。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一旁通管道与所述第一管道相连的一端设有第一开关阀，所述第二旁通管道与所述第二管道相连的一端设有第二开关阀。

在本实施方式中，第一开关阀和第二开关阀能够分别控制第一旁通管道和第二旁通管道的导通和关断，进而控制第一管道与第一旁通管道的连通状态，第二管道与第二旁通管道的连通状态。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述补气管道上设有第三开关阀。

在本实施方式中，第三开关阀能够控制补气管道的导通和关断。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第三管道上设有第四开关阀。

在本实施方式中，第四开关阀能够控制第三管道的导通和关断。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一管道上的所述输送泵的输出端和所述第二管道上的所述输送泵的输出端均设有开关阀。

在本实施方式中，第一管道和第二管道上设置开关阀能够控制第一管道和第二管道的导通和关断。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第二旁通管道上还设有泥浆罐，所述泥浆罐位于所述稳压罐和所述第二管道之间。

在本实施方式中，泥浆罐能够避免泥浆进入稳压罐，造成稳压罐上的元器件的损坏。

另一方面，本发明还提供一种竖井施工工艺，其采用如上所述的注浆封底系统实施，所述竖井施工工艺包括封底过程，所述封底过程包括以下步骤：

步骤S1：掘进机开挖至指定位置后，停止掘进；

步骤S2：关闭第一管道和第二管道，开启第一旁通管道和第二旁通管道使之分别与第一管道和第二管道相连通；

步骤S3：缓慢提升掘进机，同时通过第一旁通管道和第一管道向井底泵送封底浆液；

步骤S4：当掘进机提升至指定高度后，停止泵送封底浆液；

步骤S5：回收掘进机，完成竖井的封底过程。

本发明所述的竖井施工工艺，在封底过程中，直接采用第一管道(进浆管道或者排浆管道)作为封底浆液灌注管道，通过第一旁通管道向第一管道内泵入封底浆液，进而实现井底的封堵作业，无需单独设置相应的注浆封底系统，提高设备的集成度和自动化程度，提高了施工效率，完善了注浆封底施工工艺。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一管道与所述第二管道之间连接有第三管道；

所述封底过程还包括以下步骤：

步骤S11：在关闭第一管道和第二管道之前，打开第三管道以连通第一管道和第二管道，向第一管道或第二管道内泵入泥浆以对第一管道和第二管道进行清洗，清洗后关闭第三管道；

步骤S41：在停止泵入封底浆液后，向第一旁通管道内泵入清水以对第一旁通管道和第一管道进行清洗。

在本实施方式中，在泵入封底浆液之前和完成泵入封底浆液之后，均对相应的管道进行清洗作业，进而避免了第一管道、第二管道和第一旁通管道发生堵塞。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述竖井施工工艺还包括在所述封底过程之前的掘进过程，所述掘进过程包括以下步骤：

步骤S01：将掘进机移动至指定掘进位置并连接第一管道、第二管道、第三管道、第一旁通管道和第二旁通管道；

步骤S02：开启第一管道、第二管道和第三管道并泵入泥浆，同时调节管道内泥水环流的流量至合适范围；

步骤S03：关闭第三管道，开启掘进机向下开挖，第一管道、泥水仓和第二管道之间形成渣土输送回路向外输送泥渣混合物，直至掘进机下挖至指定位置完成掘进过程。

在本实施方式中，在进行封底过程之前，还需要完成掘进过程，通过掘进过程形成一个完整的竖井，掘进过程和封底过程组成一个相对完整的竖井施工工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。在附图中：

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明所述注浆封底系统的结构示意图；

图2为本发明所述注浆封底系统处于第一状态下的结构示意图；

图3为本发明所述注浆封底系统处于第二状态下的结构示意图；

图4为本发明所述注浆封底系统处于第三状态下的结构示意图。

附图标记说明：

10、进浆管道；11、排浆管道；12、输送泵；13、泥水分离站；14、第三管道；

20、第一旁通管道；

30、第二旁通管道；31、稳压罐；311、放气阀；32、空气压缩机；33、补气管道；

40、第一开关阀；41、第二开关阀；42、第三开关阀；43、第四开关阀；

50、泥水仓；51、刀盘。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”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，并不表示是唯一的实施例。

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“和/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。

实施方式一：

如图1至图4所示，本发明提供一种注浆封底系统，其包括：第一管道，一端设在掘进机的刀盘51处所形成的泥水仓50内；第二管道，一端设在泥水仓50内，第一管道、泥水仓50和第二管道之间形成渣土输送回路以将泥水仓50内的泥渣混合物输送出去；第一旁通管道20，连接在第一管道上，第一旁通管道20能向第一管道内输入封底浆液；第二旁通管道30，连接在第二管道上，第二旁通管道30上设有稳压装置；其中，在掘进机处于掘进作业状态下，第一管道、泥水仓50和第二管道连通，以形成用于将泥水仓50内的泥渣混合物对外输送的渣土输送回路；在掘进机处于封底作业状态下，第一旁通管道20和第二旁通管道30分别通过至少部分第一管道和至少部分第二管道与泥水仓50连通，以形成用于向井底输送封底浆液的封底浆液输送回路。

本发明所述的注浆封底系统，设置有与第一管道相连的第一旁通管道20，使得掘进过程中的泥水循环出渣和封底过程中的注浆封底共用部分第一管道和部分第二管道，进而形成能够在不同状态下进行切换的双循环系统，避免了在注浆封底作业过程中需要单独设置相应的注浆封底系统，提高设备的集成度和自动化程度，提高了施工效率，完善了注浆封底施工工艺。

本发明所述的注浆封底系统，设置有与第二管道相连的第二旁通管道30，并在第二旁通管道30上设置有稳压装置，利用稳压装置内的空气作为缓冲泥水仓50内压力的介质，提高了注浆封底作业过程中的安全性。

下文将对本发明所述的注浆封底系统的管道结构以及管道之间的连接关系进行详细说明。

首先，在本发明中，第一管道可以作为进浆管道10，第二管道可以作为排浆管道11；或者，第一管道可以作为排浆管道11，第二管道可以作为进浆管道10。也即，第一旁通管道20和第二旁通管道30的连接位置可以进行互换，第一旁通管道20可以连接在进浆管道10上，而第二旁通管道30则连接在排浆管道11上；或者，第一旁通管道20可以连接在排浆管道11上，而第二旁通管道30则连接在进浆管道10上。

为了便于说明本发明所述的注浆封底系统的管道结构，如图1所示，下文以第一旁通管道20连接在排浆管道11上，第二旁通管道30连接在进浆管道10上为例进行说明；由于另一种实施方式与图1所示实施方式之间的区别仅在于切换了第一旁通管道20和第二旁通管道30的连接位置，其他方面并无区别，因此下文不再对另一个实施方式进行赘述。

具体的，如图1和图4所示，进浆管道10内通有泥浆，其入口端通常设置在井筒的外部并连接有泥浆源，进浆管道10的出口端连接在掘进机的土仓隔板上，且与土仓隔板下方形成的泥水仓50相连通。进浆管道10连通井筒外部的泥浆源和井底，泥浆源内的泥浆能够通过进浆管道10进入泥水仓50内，并在泥水仓50内与掘进过程中的产生的渣土混合产生泥渣混合物。

较佳的，如图1所示，进浆管道10上设置有输送泵12，输送泵12位于进浆管道10的中段；输送泵12能够为进浆管道10内泥浆的流动提供动力。

进一步的，进浆管道10上的输送泵12的输出端设有开关阀(图中未示)；进浆管道10上设置的开关阀能够控制进浆管道10的导通和关断。

排浆管道11的入口端连接在掘进机土仓隔板中心处并深入泥水仓50一段距离，其出口端位于井筒的外部。排浆管道11连通井底和井筒外部，能够将泥水仓50内泥渣混合物输送至井筒外部；由于排浆管道11的入口端深入泥水仓50内，有利于泥水循环时向外输送泥渣混合物。

较佳的，如图1所示，排浆管道11上设置有输送泵12，输送泵12位于排浆管道11的中段；输送泵12能够为排浆管道11内泥渣混合物的流动提供动力。

进一步的，排浆管道11上的输送泵12的输出端设有开关阀；排浆管道11上设置的开关阀能够控制排浆管道11的导通和关断。

如图1所示，排浆管道11上连接有第一旁通管道20，第一旁通管道20在排浆管道11的连接位置位于排浆管道11上输送泵12的输出端的上游，第一旁通管道20能够向排浆管道11内输入封底浆液；封底浆液通常为混凝土浆液。

较佳的，如图1所示，第一旁通管道20上设有输送泵12；输送泵12能够为第一旁通管道20内封底浆液的流动提供动力。

进一步的，第一旁通管道20与排浆管道11相连的一端设有第一开关阀40；第一开关阀40能够控制第一旁通管道20的导通和关断，进而控制排浆管道11与第一旁通管道20的连通状态。

如图1所示，进浆管道10上连接有第二旁通管道30，第二旁通管道30在进浆管道10上的连接位置位于进浆管道10上输送泵12的输出端的下游。第二旁通管道30上设置有稳压装置，稳压装置能够通过第二旁通管道30和进浆管道10与泥水仓50相连通，进而在注浆封底过程中保持泥水仓50内压力的稳定。

较佳的，如图1所示，第二旁通管道30与进浆管道10相连的一端设有第二开关阀41；第二开关阀41能够控制第二旁通管道30的导通和关断，进而控制进浆管道10与第二旁通管道30的连通状态。

如上所述，在竖井掘进过程中，第一旁通管道20和第二旁通管道30均处于关断状态，也即第一旁通管道20与排浆管道11不连通，第二旁通管道30与进浆管道10不连通，此时，进浆管道10、泥水仓50和排浆管道11之间形成渣土输送回路以将泥水仓50内的泥渣混合物输送出去，其对应图4所示状态。

在注浆封底过程中(掘进到指定位置后)，关断进浆管道10和排浆管道11，停止向井底泵入泥浆，导通第一旁通管道20和第二旁通管道30。此时第一旁通管道20与排浆管道11相连通，通过第一旁通管道20和部分排浆管道11向井底泵送封底浆液；第二旁通管道30与进浆管道10相连通，稳压装置与泥水仓50相连通进而保持泥水仓50内压力的稳定，提高封底作业过程中的安全性，其对应图2所示状态。

本文(包括上文和下文)中所述的进浆管道10的导通和关断、排浆管道11的导通和关断、第一旁通管道20的导通和关断、以及第二旁通管道30的导通和关断均是通过开启或者关闭相应管道上开关阀和/或输送泵12实现的。

下文将对本发明所述的注浆封底系统较佳实施方式的结构和技术效果进行进一步的说明。

根据本发明的一个实施方式，如图1所示，稳压装置包括设置在第二旁通管道30上的稳压罐31和空气压缩机32，在第二旁通管道30与进浆管道10相连通的状态下，稳压罐31与泥水仓50相连通以稳定泥水仓50内的气压。

具体的，第二旁通管道30的一端连接在进浆管道10上，其另一端连接空气压缩机32，在空气压缩机32和进浆管道10之间设置有稳压罐31和第二开关阀41。利用稳压罐31内的空气作为缓冲泥水仓50内压力的介质，空气压缩机32作为稳压罐31的气源，能够向稳压罐31内通入压缩空气，进而使得稳压罐31形成一个稳定的压力源。

根据本发明的一个实施方式，如图1所示，空气压缩机32与泥水仓50之间连接有补气管道33；空气压缩机32能够在泥水仓50内压力不足的情况下直接通过补气管道33向泥水仓50内通入空气，以快速补充泥水仓50内的压力，保证封底作业的顺利进行。

较佳的，如图1所示，补气管道33上设有第三开关阀42；第三开关阀42能够控制补气管道33的导通和关断。

根据本发明的一个实施方式，如图1所示，稳压罐31上设置有放气阀311，稳压装置还包括气压控制单元，放气阀311和空气压缩机32均与气压控制单元电连接；在泥水仓50内压力小于设定阈值的状态下，气压控制单元控制空气压缩机32开启；在泥水仓50内压力大于设定阈值的状态下，气压控制单元控制放气阀311开启。

通过气体控制单元对稳压罐31内的压力进行实时控制，将稳压罐31内的压力稳定在某一阈值范围内，保证封底作业过程的安全。

具体的，气压控制单元可以为一个PLC控制单元，稳压罐31内设置有压力传感器，压力传感器能够将稳压罐31内的气体压力传送给PLC控制单元，PLC控制单元内设置有一可调整的气压阈值，当稳压罐31内的气体压力(此时稳压罐31与泥水仓50相连通，也即为泥水仓50内的气压)大于该气压阈值时，PLC控制单元能够控制放气阀311开启对稳压罐31进行放气操作，进而降低泥水仓50内的气压；当稳压罐31内的气体压力(此时稳压罐31与泥水仓50相连通，也即为泥水仓50内的气压)小于该气压阈值时，PLC控制单元能够控制空气压缩机32开启向稳压罐31内充气，进而提高泥水仓50内的气压。

根据本发明的一个实施方式，第二旁通管道30上还设有泥浆罐(图中未示)，泥浆罐位于稳压罐31和进浆管道10之间；泥浆罐能够避免泥浆进入稳压罐31，造成稳压罐31上的元器件的损坏。

根据本发明的一个实施方式，如图1所示，注浆封底系统还包括泥水分离站13，进浆管道10的位于井筒外部的一端和排浆管道11位于井筒外部的一端均与泥水分离站13相连。

泥水分离站13能够分离出泥渣混合物中渣土颗粒，同时将经过过滤后产生的泥浆重新送入进浆管道10内，进而实现渣土输送回路中输送介质的循环利用，减少了竖井掘进过程中水资源的使用。

根据本发明的一个实施方式，如图1和图3所示，进浆管道10与排浆管道11之间连接有第三管道14。第三管道14能够实现进浆管道10与排浆管道11的连通，在进浆管道10、排浆管道11和第三管道14之间形成泥浆循环回路，进而在掘进作业之前对管道内部泥浆的流量进行调整，使进浆管道10和排浆管道11内的泥浆流速和流量能够保持在一个合适的范围内。

较佳的，如图1所示，第三管道14上设有第四开关阀43；第四开关阀43能够控制第三管道14的导通和关断。

实施方式二：

如图2所示，本发明还提供一种竖井施工工艺，其采用如实施方式一中所述的注浆封底系统实施，所述竖井施工工艺包括封底过程，所述封底过程包括以下步骤：

步骤S1：掘进机开挖至指定位置后，停止掘进；

步骤S2：关断第一管道和第二管道，导通第一旁通管道20和第二旁通管道30使之分别与第一管道和第二管道相连通；

步骤S3：缓慢提升掘进机，同时通过第一旁通管道20和第一管道向井底泵送封底浆液；

步骤S4：当掘进机提升至指定高度后，停止泵送封底浆液；

步骤S5：回收掘进机，完成竖井的封底过程。

本发明所述的竖井施工工艺，在封底过程中，直接采用第一管道(进浆管道10或者排浆管道11)作为封底浆液的灌注管道，通过第一旁通管道20向第一管道内泵入封底浆液，使得封底浆液能够通过第一管道进入井底，进而实现井底的封堵作业，无需单独设置相应的注浆封底系统，提高设备的集成度和自动化程度，提高了施工效率，完善了注浆封底施工工艺。

为了方便说明，如图2至图4所示，下文均以排浆管道11作为第一管道，进浆管道10作为第二管道为例进行说明。

具体的，在开挖过程中，通常在竖井的侧壁上设置有支撑结构(支撑管节等)，当开挖到位后，为了避免井底存在的水土压力造成井底高压水携渣外涌，需要对开挖完成后对井底进行封堵作业，因此在完成开挖作业后，需要在井底浇筑一层混凝土(也即进行下述步骤S2至步骤S5)对井底进行加固作业，进而保证竖井的安全稳定。

在步骤S2中：在完成步骤S1中的开挖作业后，停止向井底泵送泥浆，排浆管道11再持续运行一段时间直至井底内的泥渣混合物基本上被输送至井外，然后关断进浆管道10和排浆管道11，也即关闭进浆管道10和排浆管道11上的输送泵12和开关阀，之后导通第一旁通管道20和第二旁通管道30，也即开启第一旁通管道20上第一开关阀40使得第一旁通管道20与排浆管道11相连通，导通第二旁通管道30上的第二开关阀41使得第二旁通管道30与进浆管道10相连通。

在步骤S3中：在完成步骤S2中的管道切换后，开启第一旁通管道20上的输送泵12，将第一旁通管道20内的封底浆液(混凝土浆液)通过排浆管道11输送至井底；同时开启第二旁通管道30上空气压缩机32向稳压罐31内充入空气直至稳压罐31内达到指定压力，由于稳压罐31通过第二旁通管道30和进浆管道10与泥水仓50相连通，因此稳压罐31能够使得泥水仓50内的压力保持稳定。

缓慢提升掘进机，第一旁通管道20上的输送泵12根据提升速度持续向井底泵送混凝土浆液，为保证施工安全，注入的混凝土浆液的体积应小于掘进机回退让出的空间，注浆过程中应保持泥水仓50内压力平衡。

在步骤S4中：在完成上述步骤S3中的注浆作业后，关闭第一旁通管道20上的输送泵12停止向井底泵送混凝土浆液；等待一段时待井底混凝土凝固达到预定强度后，关闭稳压罐31与泥水仓50之间的第二开关阀41，然后观察泥水仓50内压力情况，半小时内压降在允许范围内则证明封底有效。

在步骤S5中：在步骤S4中通过压降测试验证封底有效后，即可以回收掘进机(包括内盾体、主驱动和刀盘51等)，完成整个竖井的注浆封底过程。

根据本发明的一个实施方式，所述封底过程还包括以下步骤：

步骤S11：在关断排浆管道11和进浆管道10之前，打开第三管道14以连通排浆管道11和进浆管道10，向进浆管道10内泵入泥浆以对进浆管道10和排浆管道11进行清洗，清洗后关断第三管道14；

步骤S41：在停止泵入封底浆液后，向第一旁通管道20内泵入清水以对第一旁通管道20和排浆管道11进行清洗。

在泵入封底浆液之前和完成泵入封底浆液之后，均对相应的管道进行清洗作业，进而避免了排浆管道11、进浆管道10和第一旁通管道20发生堵塞。

具体的，在步骤S11中，如图3所示，由于排浆管道11在进行注浆封底作业之前，内部流动有泥渣混合物，因此为了避免排浆管道11产生堵塞或者其内的残留物对封底浆液的灌注过程产生影响，需要对排浆管道11进行清洗。在进行清洗作业时，打开第三管道14上的第四开关阀43，此时进浆管道10和排浆管道11通过第三管道14相连通，进浆管道10内的泥浆能够通过第三管道14直接进入排浆管道11对其进行清洗。

在步骤S41中，在注浆封底过程中，采用混凝土浆液进行作业，因此第一旁通管道20和排浆管道11内残留有混凝土浆液，为了避免残留的混凝土浆液在凝固后对管道产生破坏或者导致管道堵塞，需要在注浆封底完成后对第一旁通管道20和排浆管道11进行清洗。在进行清洗作业时，保持第一旁通管道20的导通，通过其上的输送泵12向排浆管道11内输送少量清水，流过第一旁通管道20和排浆管道11的清水能够带走管道内壁残留的混凝土浆液。

根据本发明的一个实施方式，如图3和图4所示，竖井施工工艺还包括在所述封底过程之前的掘进过程，所述掘进过程包括以下步骤：

步骤S01：将掘进机移动至指定掘进位置并连接进浆管道10、排浆管道11、第三管道14、第一旁通管道20和第二旁通管道30；

步骤S02：导通进浆管道10、排浆管道11和第三管道14并泵入泥浆，同时调节管道内泥水环流的流量至合适范围；

步骤S03：关断第三管道14，开启掘进机向下开挖，进浆管道10、泥水仓50和排浆管道11之间形成渣土输送回路向外输送泥渣混合物，直至掘进机下挖至指定位置完成掘进过程。

在进行封底作业之前，还需要预先完成掘进过程，通过掘进过程形成一个完整的竖井，掘进过程和封底过程组成一个相对完整的竖井施工工艺。

具体的，在步骤S01中，进行开挖之前的各项准备工作，将掘进机主体移动至待开挖的位置，同时对掘进机上各种功能单元进行组装，包括但不限于各种管道和各种支撑结构。

如图3所示，在步骤S02中，完成步骤S01中的各项准备工作后，同时导通进浆管道10、排浆管道11和第三管道14，也即开启进浆管道10和排浆管道11上的输送泵12和开关阀，开启第三管道14上的第四开关阀43。第三管道14连通进浆管道10和排浆管道11，在掘进之前通过调节输送泵12的转速来控制进浆管道10和排浆管道11内的压力，直到达到泥水循环的最佳流量，同时将输送泵12同步调整至需要的转速和流量。

如图4所示，在步骤S03中，完成步骤S02中的压力流量调节工作后，关闭第三管道14上的第四开关阀43，之后开启掘进机向下开挖，进浆管道10向泥水仓50内泵入泥浆并与泥水仓50内的渣土混合产生泥渣混合物，排浆管道11将泥水仓50内的泥渣混合物输送至竖井外部；在竖井掘进过程，进浆管道10、泥水仓50和排浆管道11之间形成渣土输送回路向竖井外输送泥渣混合物，直至掘进机下挖至指定位置完成掘进过程，之后进行上述步骤S1至步骤S5中注浆封底过程。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种注浆封底系统，其特征在于，包括：

第一管道，一端设在掘进机的刀盘(51)处所形成的泥水仓(50)内；

第二管道，一端设在所述泥水仓(50)内；

第一旁通管道(20)，连接在所述第一管道上，所述第一旁通管道(20)用于向所述第一管道内输入封底浆液；

第二旁通管道(30)，连接在所述第二管道上，所述第二旁通管道(30)上设有稳压装置，所述稳压装置用于在注浆封底过程中稳定所述泥水仓(50)内的压力；

在所述掘进机处于掘进作业状态下，所述第一管道、所述泥水仓(50)和所述第二管道连通，以形成用于将所述泥水仓(50)内的泥渣混合物对外输送的渣土输送回路；

在所述掘进机处于封底作业状态下，所述第一旁通管道(20)和所述第二旁通管道(30)分别通过至少部分所述第一管道和至少部分所述第二管道与所述泥水仓(50)连通。

2.根据权利要求1所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第一管道为进浆管道(10)，所述第二管道为排浆管道(11)；或者，所述第一管道为排浆管道(11)，所述第二管道为进浆管道(10)。

3.根据权利要求2所述的注浆封底系统，其特征在于，所述稳压装置包括设置在所述第二旁通管道(30)上的稳压罐(31)和空气压缩机(32)，在所述第二旁通管道(30)与所述第二管道相连通的状态下，所述稳压罐(31)与所述泥水仓(50)相连通以稳定所述泥水仓(50)内的气压。

4.根据权利要求3所述的注浆封底系统，其特征在于，所述空气压缩机(32)与所述泥水仓(50)之间连接有补气管道(33)。

5.根据权利要求3或4所述的注浆封底系统，其特征在于，所述稳压罐(31)上设置有放气阀(311)，所述稳压装置还包括气压控制单元，所述放气阀(311)和所述空气压缩机(32)均与所述气压控制单元电连接；

在所述泥水仓(50)内压力小于设定阈值的状态下，所述气压控制单元控制所述空气压缩机(32)开启；

在所述泥水仓(50)内压力大于设定阈值的状态下，所述气压控制单元控制所述放气阀(311)开启。

6.根据权利要求1所述的注浆封底系统，其特征在于，所述注浆封底系统还包括泥水分离站(13)，所述第一管道的另一端和所述第二管道的另一端均与所述泥水分离站(13)相连。

7.根据权利要求1所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第一管道与所述第二管道之间连接有第三管道(14)。

8.根据权利要求1所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、和所述第一旁通管道(20)上均设有输送泵(12)。

9.根据权利要求1所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第一旁通管道(20)与所述第一管道相连的一端设有第一开关阀(40)，所述第二旁通管道(30)与所述第二管道相连的一端设有第二开关阀(41)。

10.根据权利要求4所述的注浆封底系统，其特征在于，所述补气管道(33)上设有第三开关阀(42)。

11.根据权利要求7所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第三管道(14)上设有第四开关阀(43)。

12.根据权利要求8所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第一管道上的所述输送泵(12)的输出端和所述第二管道上的所述输送泵(12)的输出端均设有开关阀。

13.根据权利要求3所述的注浆封底系统，其特征在于，所述第二旁通管道(30)上还设有泥浆罐，所述泥浆罐位于所述稳压罐(31)和所述第二管道之间。

14.一种竖井施工工艺，其特征在于，采用如权利要求1-13中任一项所述的注浆封底系统实施，所述竖井施工工艺包括封底过程，所述封底过程包括以下步骤：

掘进机开挖至指定位置后，停止掘进；

关闭第一管道和第二管道，开启第一旁通管道(20)和第二旁通管道(30)使之分别与第一管道和第二管道相连通；

缓慢提升掘进机，同时通过第一旁通管道(20)和第一管道向井底泵送封底浆液；

当掘进机提升至指定高度后，停止泵送封底浆液；

回收掘进机，完成竖井的封底过程。

15.根据权利要求14所述的竖井施工工艺，其特征在于，所述第一管道与所述第二管道之间连接有第三管道(14)；

所述封底过程还包括以下步骤：

在关闭第一管道和第二管道之前，打开第三管道(14)以连通第一管道和第二管道，向第一管道或第二管道内泵入泥浆以对第一管道和第二管道进行清洗，清洗后关闭第三管道(14)；

在停止泵入封底浆液后，向第一旁通管道(20)内泵入清水以对第一旁通管道(20)和第一管道进行清洗。

16.根据权利要求15所述的竖井施工工艺，其特征在于，所述竖井施工工艺还包括在所述封底过程之前的掘进过程，所述掘进过程包括以下步骤：

将掘进机移动至指定掘进位置并连接第一管道、第二管道、第三管道(14)、第一旁通管道(20)和第二旁通管道(30)；

开启第一管道、第二管道和第三管道(14)并泵入泥浆，同时调节管道内泥水环流的流量至合适范围；

关闭第三管道(14)，开启掘进机向下开挖，第一管道、泥水仓(50)和第二管道之间形成渣土输送回路向外输送泥渣混合物，直至掘进机下挖至指定位置完成掘进过程。