CN210217732U - 泥水土压双模式盾构机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泥水土压双模式盾构机，包括位于刀盘与盾体之间的泥水仓、设置在泥水仓与盾体之间的气垫仓、设置在泥水仓与气垫仓之间的液压连通阀、入口连接至泥水仓底部的螺旋机、可脱离地接驳螺旋机的出口的泥浆箱和皮带机、进浆管路、排浆管路、能够将进浆管路中的泥浆输送至刀盘的中心部位的第一循环冲洗管路、能够将泥浆箱中的泥浆输送至泥水仓和气垫仓的第二循环冲洗管路；泥水工作状态时，液压连通阀开启，泥水仓与气垫仓相连通，螺旋机的出口接驳泥浆箱；土压工作状态时，液压连通阀关闭，泥水仓与气垫仓相阻挡，螺旋机的出口接驳皮带机。本实用新型具有适用地层范围广、掘进模式功能多、压力控制精度高等优点。

Description

泥水土压双模式盾构机

技术领域

本实用新型涉及一种泥水土压双模式盾构机，属于隧道施工的泥水盾构机领域。

背景技术

盾构机通常分为泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机两大类。当隧道施工区间的土体渗透系数较大时，常用泥水平衡盾构机，渗透系数较小时，常用土压平衡盾构机。随着隧道行业的不断发展，施工人员逐渐会碰到越来越复杂多变的地层。比如说，某些区间既要穿越河流，又要穿越粉质粘土、粉砂等；某些区间既有灰岩地层，又会碰到岩溶地层等。面对这些复杂多变的地层，传统单一模式的泥水盾构机或者是土压盾构机已经无法满足掘进的要求，急需开发一种泥水土压双模式盾构机，既具备泥水平衡盾构机的特点，又具备土压平衡盾构机的功能，能够针对特定的地层条件灵活切换施工模式，从而有效地适用于复杂多变的地层中。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种泥水土压双模式盾构机。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种泥水土压双模式盾构机，包括盾体、连接在盾体前方的刀盘、位于刀盘与盾体之间的泥水仓、设置在泥水仓与盾体之间的气垫仓、设置在泥水仓与气垫仓之间并且通过自身的开启或关闭使泥水仓与气垫仓之间连通或阻断的液压连通阀、入口连接至泥水仓底部的螺旋机、可脱离地接驳螺旋机的出口的泥浆箱、可脱离地接驳螺旋机的出口并用于输送渣土的皮带机、将泥水仓、气垫仓、泥浆箱与设置在地面的泥浆池相连接并且能够将泥浆池中的泥浆输送至泥水仓、气垫仓、泥浆箱的进浆管路、将泥浆箱与污水箱、泥浆池相连接并且能够将泥浆箱中的泥浆排出至污水箱和泥浆池的排浆管路、一端与进浆管路相连接且另一端连接至刀盘的中心部位并且能够将进浆管路中的泥浆输送至刀盘的中心部位的第一循环冲洗管路、一端与泥浆箱相连接且另一端连接至泥水仓和气垫仓并且能够将泥浆箱中的泥浆输送至泥水仓和气垫仓的第二循环冲洗管路；

盾构机具有泥水工作状态和土压工作状态，当其处于泥水工作状态时，液压连通阀开启，泥水仓与气垫仓相连通，皮带机被拆卸，螺旋机的出口接驳泥浆箱；当盾构机处于土压工作状态时，液压连通阀关闭，泥水仓与气垫仓相阻挡，泥浆箱被拆卸，螺旋机的出口接驳皮带机。

优选地，泥浆箱的内部设置有防止大块固体物质进入第二循环冲洗管路和排浆管路的格栅。

优选地，第一循环冲洗管路还与螺旋机的出口所在的一端部相连接，使进浆管路中的泥浆能够输送至螺旋机的出口处。

优选地，第一循环冲洗管路包括能够将进浆管路中的泥浆泵至刀盘的中心部位和螺旋机中的第一循环冲洗泵。

优选地，第二循环冲洗管路包括能够将泥浆箱中的泥浆泵至泥水仓和气垫仓的第二循环冲洗泵。

优选地，第二循环冲洗管路的另一端与泥水仓的下部和气垫仓的下部相连接。

优选地，泥水仓的上部和气垫仓的上部连接有能够将气垫仓中的气体输送至泥水仓中以保持压力平衡的降液位管路。

优选地，泥水仓的下部与气垫仓的下部之间设置有至少一个连通口，每个连通口处均设置有液压连通阀。更优选地，第二循环冲洗管路将泥浆输送至泥水仓的下部、气垫仓的下部以及连通口处。

优选地，泥浆箱上具有多个与进浆管路相连接的接口。

优选地，当盾构机在土压工作模式下，渣土改良剂通过进浆管路和第一循环冲洗管路被注入至泥水仓、刀盘的中心部位、螺旋机。

通过采用上述技术方案，本实用新型泥水土压双模式盾构机，既具备泥水平衡盾构机的特点，又具备土压平衡盾构机的功能，能够针对特定的地层条件灵活切换施工模式，从而有效地适用于复杂多变的地层中。其采用了气垫仓的形式，并创新性地使用了螺旋机出浆和泥浆箱保渣的技术，具有适用地层范围广、掘进模式功能多、压力控制精度高、施工安全可靠等优点。具体地，本泥水土压双模式盾构机在泥水工作状态下的主要优点在于：

1)增设了气垫仓，可以对掌子面进行精确的压力控制，采用间接式的气垫式泥水平衡模式，而不是采用直接式的泥水平衡模式，从而使施工更加安全、操作更加方便；

2)泥水仓和气垫仓的连通采用液压连通阀，可以通过远程控制液压连通阀的开闭，控制泥水仓和气垫仓是否连通，相比于连通管等形式，该种设计的通流流量更大，占有空间更小，更加有利于压力的稳定控制；

3)泥水仓泥浆通过螺旋机进行出浆，而不是采用排浆管进行出浆，避免了排浆管出浆容易导致的滞排堵管、难于疏通的施工难题。由于螺旋机通过粒径大，采用螺旋机出浆还可以将大砾石直接排出到泥浆箱内，更加适用于岩石强度大的地层；

4)螺旋机出口连接泥浆箱，泥浆箱连接进浆管路，从而对泥浆箱进行冲洗，防止泥浆堆积，同时，从泥水仓排出的泥浆在泥浆箱处被稀释，进浆管路输送至泥浆箱中的泥浆与泥水仓排出的泥浆充分混合，比重降低到可以正常泵送的范围；

5)设置了第二循环冲洗管路，一方面起到分流的作用，减轻排浆管路的排浆压力，另一方面能够对气垫仓、泥水仓以及二者连通处进行冲洗，防止堵塞；还设置了第一循环冲洗管路，对刀盘中心尾部以及螺旋机出口处等部位进行增压冲洗。

本泥水土压双模式盾构机在土压工作模式下的主要优点在于：

1)利用气垫仓内的气压稳定掌子面的压力，可以有效地降低刀盘扭矩，精确控制掌子面的压力；

2)可以利用进浆管路向土仓、刀盘中心部、螺旋机等部位注入渣土改良剂、聚合物等，有效地改良渣土，防止结泥饼等；

3)当盾构机进入到了岩溶地层，可以在地面上配置高浓度泥浆，然后利用进浆管路往土仓注入高浓度泥浆，填充到土体的溶洞中，从而保证了盾构施工的安全。

附图说明

附图1为本实用新型一个实施例中泥水土压双模式盾构机在泥水工作状态时的原理示意图；

附图2为附图1所示泥水土压双模式盾构机在土压工作状态时的原理示意图；

附图3为附图1所示泥水土压双模式盾构机的局部结构示意图；

附图4为附图3所示泥水土压双模式盾构机的正面结构示意图。

图中标号为：

1、泥水仓；2、气垫仓；3、液压连通阀；4、螺旋机；5、泥浆箱；6、皮带机；7、泥浆池；8、进浆管路；9、排浆管路；10、第一循环冲洗管路；11、第二循环冲洗管路；12、污水箱；13、第一循环冲洗泵；14、第二循环冲洗泵；15、降液位管路；16、闸门。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。

参考附图1至附图4，本实施例中的一种泥水土压双模式盾构机，包括盾体、连接在盾体前方的刀盘、位于刀盘与盾体之间的泥水仓1、气垫仓2、液压连通阀3、螺旋机4、泥浆箱5、皮带机6、进浆管路5、排浆管路9、第一循环冲洗管路10、第二循环冲洗管路11。

气垫仓2设置在泥水仓1与盾体之间。泥水仓1与气垫仓2之间具有连通口，液压连通阀3设置在该连通口。通过液压连通阀3的开启或关闭，实现泥水仓1与气垫仓2之间在连通口处的连通或阻断。具体地，连通口至少有一个，本实施例中设置了两个连通口，每个连通口处均设置有液压连通阀3，如附图4所示。

进浆管路8将泥水仓1、气垫仓2以及下文将具体描述的泥浆箱5与设置在地面的泥浆池7相连接，进浆管路8能够将泥浆池7中的泥浆输送至泥水仓1和气垫仓2。具体地，进浆管路8与泥水仓1的上部和气垫仓2的上部相连接。另外，当盾构机在土压工作模式下，还可以利用进浆管路8以及下文将具体描述的第一循环冲洗管路10将渣土改良剂、聚合物等注入至泥水仓1、刀盘的中心部位、螺旋机4等部位，可以有效地改良渣土，防止结泥饼等。当盾构机进入到了岩溶地层，还可以在地面上配置高浓度泥浆，然后利用进浆管路8往泥水仓1注入高浓度泥浆，填充到土体的溶洞中，从而保证了盾构施工的安全。

螺旋机4的入口连接至泥水仓1底部，用于排送泥水仓1中的泥浆（在泥水工作状态下）或渣土（在土压工作状态下）。在螺旋机4的入口处设置有对开式的闸门16，如附图3和附图4所示。螺旋机4从其入口所在一端至出口所在一端，从前向后且从下向上地倾斜设置。

泥浆箱5可脱离地接驳螺旋机4的出口，泥浆箱5用于泥水工作状态下，螺旋机4将泥水仓3排出的泥浆输送至泥浆箱5中，如附图1所示。皮带机6可脱离地接驳螺旋机4的出口，皮带机6用于土压工作状态下，螺旋机4将泥水仓3排出的渣土输送至皮带机6上，如附图2所示。优选地，皮带机6的前端接驳螺旋机4出口，后端可接驳渣土车。

上述的进浆管路8能够将泥浆输送至泥浆箱5，对泥浆箱5进行冲洗，优选地，泥浆箱5上具有多个与进浆管路8相连接的接口，从而对泥浆箱5进行多方位地冲洗。

排浆管路9用于将泥浆箱5的中泥浆排出，排浆管路将泥浆箱5与污水箱12、泥浆池7相连接，从而能够将泥浆箱5中的泥浆排出至污水箱12和泥浆池7。

第一循环冲洗管路10的一端与进浆管路8相连接，另一端连接至刀盘的中心部位，使进浆管路8中的泥浆能够输送至刀盘的中心部位，第一循环冲洗管路10的另一端还与螺旋机4的出口所在的一端部相连接，使进浆管路8中的泥浆能够输送至螺旋机4的出口处，从而对刀盘中心部位和螺旋机4出口处进行冲洗。第一循环冲洗管路10包括能够将进浆管路8中的泥浆泵至刀盘的中心部位和螺旋机4中的第一循环冲洗泵13。

第二循环冲洗管路11的一端与泥浆箱5相连接且另一端连接至泥水仓1和气垫仓2，第二循环冲洗管路11能够将泥浆箱5中的泥浆输送至泥水仓1、气垫仓2以及连通口处，一方面起到分流的作用，减轻排浆管路9的排浆压力，另一方面能够对气垫仓2、泥水仓1以及二者连通处进行冲洗，防止堵塞。具体地，第二循环冲洗管路11的另一端与泥水仓1的下部和气垫仓2的下部相连接。第二循环冲洗管路11包括能够将泥浆箱5中的泥浆泵至泥水仓1和气垫仓2的第二循环冲洗泵14。

在一种更为优选的实施方案中，泥浆箱5的内部设置有格栅，防止大块固体物质进入第二循环冲洗管路11和排浆管路9。

泥水仓1的上部和气垫仓2的上部连接有降液位管路15，能够将气垫仓2中的气体输送至泥水仓1中，以保持压力平衡。

盾构机具有泥水工作状态和土压工作状态，当其处于泥水工作状态时，液压连通阀3开启，泥水仓1与气垫仓2相连通，皮带机6被拆卸，螺旋机4的出口接驳泥浆箱5。进浆管路8把地面泥浆池7的低浓度泥浆送入到盾构机的开挖面，在掌子面形成泥膜。随着刀盘的转动和推进，切削下来的泥土与送泥浆在泥水仓1混合后，经过螺旋机4的转动，排到泥浆箱5。通过进浆管路8对泥浆箱5的前部和后部冲洗并稀释泥浆箱5中的浆液。泥浆箱5前部连接第二循环冲洗管路11，第二循环冲洗管路11分流并对利用泥浆箱5中的泥浆对连通口、泥水仓1下部、气垫仓2下部等部位进行增压冲洗。泥浆箱5后部连接排浆管路9，将泥浆箱5中的泥浆排出。另外，第一循环冲洗管路10对刀盘中心部、螺旋机4出口等进行增压冲洗。

当盾构机处于土压工作状态时，液压连通阀3关闭，泥水仓1与气垫仓2相阻挡，泥浆箱5被拆卸，螺旋机4的出口接驳皮带机6。此工作状态下，刀盘切削土体，切削下来的土体在泥水仓1经螺旋机4输送到皮带机7，再由皮带机7输送到渣土车内。

本实施例中的泥水土压双模式盾构机，设置了气垫舱的形式，能够更加精确地控制掌子面的压力，并且在土压模式下具备气压辅助掘进的技术；采用了螺旋机出浆和泥浆箱保渣的技术，避免了滞排堵管、难于疏通的施工难题，提高了掘进效率，拓宽了双模式盾构机的适用范围；配置第一循环冲洗管路和第二循环冲洗管路，分别对刀盘中心部和螺旋机出土口、泥水仓底部、气垫仓底部和连通口进行增压冲洗，有效地防止了结泥饼、泥浆堆积、出土不畅的施工问题。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泥水土压双模式盾构机，包括盾体、连接在所述盾体前方的刀盘、位于所述刀盘与盾体之间的泥水仓（1），其特征在于：所述的盾构机还包括设置在泥水仓（1）与盾体之间的气垫仓（2）、设置在所述泥水仓（1）与气垫仓（2）之间并且通过自身的开启或关闭使泥水仓（1）与气垫仓（2）之间连通或阻断的液压连通阀（3）、入口连接至所述泥水仓（1）底部的螺旋机（4）、可脱离地接驳所述螺旋机（4）的出口的泥浆箱（5）、可脱离地接驳所述螺旋机（4）的出口并用于输送渣土的皮带机（6）、将所述泥水仓（1）、气垫仓（2）、泥浆箱（5）与设置在地面的泥浆池（7）相连接并且能够将所述泥浆池（7）中的泥浆输送至所述泥水仓（1）、气垫仓（2）、泥浆箱（5）的进浆管路（8）、将所述泥浆箱（5）与污水箱（12）、所述泥浆池（7）相连接并且能够将所述泥浆箱（5）中的泥浆排出至所述污水箱（12）和泥浆池（7）的排浆管路（9）、一端与所述进浆管路（8）相连接且另一端连接至所述刀盘的中心部位并且能够将所述进浆管路（8）中的泥浆输送至所述刀盘的中心部位的第一循环冲洗管路（10）、一端与所述泥浆箱（5）相连接且另一端连接至所述泥水仓（1）和气垫仓（2）并且能够将所述泥浆箱（5）中的泥浆输送至所述泥水仓（1）和气垫仓（2）的第二循环冲洗管路（11）；

所述的盾构机具有泥水工作状态和土压工作状态，当其处于所述泥水工作状态时，所述的液压连通阀（3）开启，所述泥水仓（1）与所述气垫仓（2）相连通，所述皮带机（6）被拆卸，所述螺旋机（4）的出口接驳所述泥浆箱（5）；当所述盾构机处于土压工作状态时，所述的液压连通阀（3）关闭，所述泥水仓（1）与所述气垫仓（2）相阻挡，所述泥浆箱（5）被拆卸，所述螺旋机（4）的出口接驳所述皮带机（6）。

2.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的泥浆箱（5）的内部设置有防止大块固体物质进入所述第二循环冲洗管路（11）和排浆管路（9）的格栅。

3.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的第一循环冲洗管路（10）还与所述螺旋机（4）的出口所在的一端部相连接，使所述进浆管路（8）中的泥浆能够输送至所述螺旋机（4）的出口处。

4.根据权利要求3所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的第一循环冲洗管路（10）包括能够将所述进浆管路（8）中的泥浆泵至所述刀盘的中心部位和所述螺旋机（4）中的第一循环冲洗泵（13）。

5.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的第二循环冲洗管路（11）包括能够将所述泥浆箱（5）中的泥浆泵至所述泥水仓（1）和气垫仓（2）的第二循环冲洗泵（14）。

6.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述第二循环冲洗管路（11）的另一端与所述泥水仓（1）的下部和气垫仓（2）的下部相连接。

7.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述泥水仓（1）的上部和气垫仓（2）的上部连接有能够将所述气垫仓（2）中的气体输送至所述泥水仓（1）中以保持压力平衡的降液位管路（15）。

8.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的泥水仓（1）的下部与气垫仓（2）的下部之间设置有至少一个连通口，每个所述连通口处均设置有所述液压连通阀（3），所述的第二循环冲洗管路（11）将泥浆输送至所述泥水仓（1）的下部、所述气垫仓（2）的下部以及所述连通口处。

9.根据权利要求8所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：所述的泥浆箱（5）上具有多个与所述进浆管路（8）相连接的接口。

10.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机，其特征在于：当所述盾构机在土压工作模式下，渣土改良剂通过所述进浆管路（8）和第一循环冲洗管路（10）被注入至所述泥水仓（1）、所述刀盘的中心部位、所述螺旋机（4）。

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