CN219795328U - 一种大直径tbm隧道施工阶梯式组合排水系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，包括正常排水系统、应急排水系统、中继排水系统、主机区液位检测装置、控制器，所述中继排水系统包括第二污水箱、第二液位检测装置、中继排水回路；所述正常排水系统包括正常排水回路、渣浆排除回路、第一污水箱、第一液位检测装置；所述应急排水系统包括应急排水回路，应急排水回路包括应急排沙泵、管路延伸机构；所述主机区液位检测装置包括第三液位检测装置；所述控制器分别与所述第一液位检测装置、第二液位检测装置、第三液位检测装置、正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵电路连接。本申请响应速度快、成本低、提高了掘进效率、填补了高海拔大流量TBM排水技术的空白。

Description

一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统

技术领域

本申请涉及隧道掘进装备技术领域，特别地，涉及一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统。

背景技术

目前TBM排水系统主要用于海拔不超过2000米的低海拔地区，隧道开挖直径不超过7米，隧道排水量不超过1000立方米每小时，这种低海拔，小直径，小排水水量的TBM排水系统已经趋于成熟，但其存在以下不足：

1、现有TBM排水系统一般是由排水泵、储水仓、中继排水泵站和排水管路组成，现阶段TBM使用的排水泵主要为排沙泵和渣浆泵，扬程一般比较低，在50-60米范围内。一般TBM隧道距离都超过5公里，所需排水泵扬程一般不小于100米，而且经常需要反坡排水，水泵扬程远远不够，需要在隧道增加中继水泵，低扬程水泵排水系统需要增加更多的中继点，设备基础建设和维护成本较高。

2、现有TBM主机区多泵排水方式一般为人工启停，水泵的起停靠人员依据水量大小判断水泵的启动数量，在应付大涌水过程中响应速度慢。

3、现有TBM排水系统更换排水管路一般都要停机进行，尤其是大管径排水系统，换管时间长，停机换管影响掘进效率。

4、现有TBM排水系统多为低海拔地区服务，水泵无法满足高原排水作业环境，高原地区排水作业要针对性做水泵选型。

实用新型内容

本申请提供了一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，以解决现有TBM排水系统成本高、响应速度慢、影响掘进效率、无法满足高原大流量排水作业环境的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，包括正常排水系统、应急排水系统、中继排水系统、主机区液位检测装置、控制器，其中：

所述中继排水系统包括第二污水箱、第二液位检测装置、中继排水回路，所述第二液位检测装置用于检测第二污水箱内污水液位信号，所述中继排水回路包括中继排沙泵，所述中继排沙泵用于抽取第二污水箱污水并排出；

所述正常排水系统包括正常排水回路、渣浆排除回路、第一污水箱、第一液位检测装置，所述正常排水回路包括正常排沙泵，所述正常排沙泵的输出端通过设置有水管卷筒的管路连通第二污水箱，所述第一污水箱通过设置有球阀的管路与正常排沙泵的输出端相连接，所述第一液位检测装置用于检测第一污水箱内的污水液位信号，所述渣浆排除回路包括渣浆泵，所述渣浆泵的输出端通过管路旁接在设置有水管卷筒8的管路上连通第二污水箱；

所述应急排水系统包括应急排水回路，所述应急排水回路包括应急排沙泵、管路延伸机构，所述应急排沙泵的输出端通过设置有管路延伸机构的大通径管路连通第二污水箱；

所述主机区液位检测装置包括第三液位检测装置，设置在主机区，用于检测主机区的液位信号；

所述控制器分别与所述第一液位检测装置、第二液位检测装置、第三液位检测装置、正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵电路连接，用于根据第一液位检测装置、第二液位检测装置、第三液位检测装置的液位信号控制正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵的启停进行组合排水，确保主机区的污水及时排出。

进一步地，设置有管路延伸机构的管路上还设置有液动球阀。

进一步地，所述第一液位检测装置、第二液位检测装置、第三液位检测装置采用超声波液位传感器。

进一步地，所述第一液位检测装置、第二液位检测装置、第三液位检测装置采用浮球式液位开关。

进一步地，所述应急排水系统包括至少两条并列设置的应急排水回路，每条应急排水回路上均包括有管路延伸机构、并列设置的至少两个应急排沙泵，并列设置的至少两个应急排沙泵的输出端汇合后通过设置有管路延伸机构的大通径管路连通第二污水箱。

进一步地，所述中继排水系统包括至少两条并列设置的中继排水回路。

进一步地，所述正常排水系统包括至少两条并列设置的正常排水回路，各条正常排水回路汇合后通过设置有水管卷筒的管路连通第二污水箱。

进一步地，所述正常排水系统包括至少两条并列设置的渣浆排除回路，各条渣浆排除回路均旁接在设置有水管卷筒的管路上连通第二污水箱。

进一步地，所述中继排水回路、正常排水回路、应急排水回路、渣浆排除回路上均设置有单向止回阀。

进一步地，所述管路延伸机构包括若干交替连接的大通径硬管和软管。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

1、本申请可根据涌水量来决定泵的开启数量，实现阶梯式组合排水，确保主机区的污水及时排出，不仅提高水泵的利用率，而且控制简单可靠、维护方便、人员操作简单、响应速度快。

2、本申请采用高扬程大流量水泵，减少中继排水点，降低了排水施工过程的运维成本。

3、本申请采用大通径管路延伸机构，使排水作业与TBM掘进同步进行，可实现不停机换管功能，提高了掘进效率。

4、本申请适应超过10米级的大直径开挖断面，能满足1400立方米每小时大涌水的排水系统，填补了高海拔大流量TBM排水技术的空白。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请优选实施例提供的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统原理示意图。

图2为本申请优选实施例的TBM主机区水位示意图。

图3为本申请优选实施例的阶梯式组合排水系统原理示意图。

图4为本申请优选实施例的管路支架结构示意图。

图5为本申请优选实施例的管路延伸机构示意图。

图中：

1.1、第一排沙泵；1.2、第二排沙泵；1.3、第三排沙泵；1.4、第四排沙泵；1.5、第五排沙泵；1.6、第六排沙泵；1.7、第七排沙泵；1.8、第八排沙泵；1.9、第九排沙泵；1.10、第十排沙泵；1.11、第十一排沙泵；2.1、第一渣浆泵；2.2、第二渣浆泵；3、球阀；4、单向止回阀；5.1、第一液位检测装置；5.2、第二液位检测装置；5.3、第三液位检测装置；6、液动球阀；7、管路延伸机构；8、水管卷筒；9、第一污水箱；10、第二污水箱；11、管路支架；12、硬管；13、软管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1和图2，本申请的优选实施例提供了一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，包括正常排水系统、应急排水系统、中继排水系统、主机区液位检测装置、控制器，其中：

所述中继排水系统包括第二污水箱10、第二液位检测装置5.2、三条并列设置的中继排水回路，所述第二液位检测装置5.2用于检测第二污水箱10内污水液位信号，每条中继排水回路包括中继排沙泵，如第九排沙泵1.9、第十排沙泵1.10、第十一排沙泵1.11，所述中继排沙泵用于抽取第二污水箱10污水并排出；

所述正常排水系统包括四条并列设置的正常排水回路、两条并列设置的渣浆排除回路、第一污水箱9、第一液位检测装置5.1，每条正常排水回路包括正常排沙泵，如第一排沙泵1.1、第二排沙泵1.2、第三排沙泵1.3、第四排沙泵1.4，第一排沙泵1.1、第二排沙泵1.2、第三排沙泵1.3、第四排沙泵1.4的输出端汇合后通过设置有球阀3、水管卷筒8的管路连通第二污水箱10，所述第一污水箱9通过设置有球阀3的管路与各正常排沙泵的输出端相连接，所述第一液位检测装置5.1用于检测第一污水箱9内的污水液位信号，每条渣浆排除回路包括渣浆泵，如第一渣浆泵2.1、第二渣浆泵2.2，各渣浆泵的输出端通过管路旁接在设置有水管卷筒8的管路上连通第二污水箱10；

所述应急排水系统包括两路并列设置的应急排水回路，每条应急排水回路上均包括有管路延伸机构7、并列设置的两个应急排沙泵，并列设置的至少两个应急排沙泵的输出端汇合后通过设置有管路延伸机构7的大通径管路连通第二污水箱10，如其中一条应急排水回路上包括并列设置的第五排沙泵1.5、第七排沙泵1.7，第五排沙泵1.5、第七排沙泵1.7的输出端汇合后通过设置有管路延伸机构7的大通径管路连通第二污水箱10，另一条应急排水回路上包括并列设置的第六排沙泵1.6、第八排沙泵1.8，第六排沙泵1.6、第八排沙泵1.8的输出端汇合后通过另一条设置有管路延伸机构7的大通径管路连通第二污水箱10。

所述主机区液位检测装置包括第三液位检测装置5.3，设置在主机区，用于检测主机区的液位信号；

所述控制器分别与所述第一液位检测装置5.1、第二液位检测装置5.2、第三液位检测装置5.3、正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵电路连接，用于根据第一液位检测装置5.1、第二液位检测装置5.2、第三液位检测装置5.3的液位信号控制正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵的启停进行组合排水，确保主机区的污水及时排出。

具体地，各条设置有管路延伸机构7的管路上还设置有液动球阀6。

具体地，所述第一液位检测装置5.1、第二液位检测装置5.2、第三液位检测装置5.3采用超声波液位传感器。

优选地，所述第一液位检测装置5.1、第二液位检测装置5.2、第三液位检测装置5.3也可采用浮球式液位开关。

优选地，所述中继排水回路、正常排水回路、应急排水回路、渣浆排除回路上均设置有单向止回阀4，其中，正常排水回路、应急排水回路上还设置有球阀3。

具体地，如图4、5所示，所述管路延伸机构7包括若干交替连接的大通径硬管12和软管13，通过管路支架11下挂于台车底部。

下面对上述实施例的排水系统的工作原理进行说明。

正常排水过程中，TBM隧洞涌水主要来自掌子面渗水、洞壁渗水、刀盘喷水、锚杆钻机用水、皮带机喷雾除尘用水、清洁用水等工业用水，当小流量涌水经过主机区时，随着水量增加液位慢慢上升，当液位达到设定的液位H1、H2、H3、H4时，第三液位检测装置5.3依次检测到液位信号1、液位信号2、液位信号3、液位信号4并反馈到控制器，控制器接收到信号后发出对应的指令1、指令2、指令3、指令4分别控制第一排沙泵1.1、第二排沙泵1.2、第三排沙泵1.3、第四排沙泵1.4启动。将主机区的污水排放到TBM尾部台车第一污水箱9中，当第一污水箱9的液位达到第一液位检测装置5.1设定的上限值时第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2同时启动，将第一污水箱9中的污水排放到隧道外，随着掘进距离的沿长，在隧道设置中继排水系统进行接力排水。

正常排水过程水泵组合流程：如附图3所示，当液位上升到H1时，位于主机区的第三液位检测装置5.3检测到液位信号1，并将信号反馈到控制器，控制器发出指令1使第一排沙泵1.1开始工作,排水流量Q1；依此类推当主机区液位达到H2时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号2并将信号反馈到控制器，控制器发出指令2，使第二排沙泵1.2开始工作，此时第一排沙泵1.1和第二排沙泵1.2同时工作，排水流量为Q2；当主机区液位达到H3时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号3并将信号反馈到控制器，控制器发出指令3，使第三排沙泵1.3开始工作，此时第一排沙泵1.1、第二排沙泵1.2和第三排沙泵1.3同时工作，排水流量为Q3；当主机区液位达到H4时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号4并将信号反馈到控制器，控制器发出指令4，使第四排沙泵1.4开始工作，此时第一排沙泵1.1、第二排沙泵1.2和第三排沙泵1.3和第四排沙泵1.4同时工作，排水流量为Q4；正常排水将通过排沙泵将主机区污水转移到第一污水箱9中，再通过第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2和隧道正常排水管将第一污水箱9中的水排放到洞外。

第一污水箱9排水流程：第一污水箱9中安装有第一液位检测装置5.1，根据第一污水箱9的高度设定好高液位和低液位报警值，水位到达高液位设定值时，第一液位检测装置5.1检测到高液位信号并将信号反馈到控制器，控制器发出指令使第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2同时启动开始排水；当第一污水箱9液位到达低液位设定值时，第一液位检测装置5.1检测到低液位信号并将信号反馈到控制器，控制器发出指令使第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2同时停止，其中第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2也可设置本地操作箱，可单独启动。

大直径TBM的涌水主要来自掌子面的大涌水，开挖断面10米级以上的TBM在富水区掘进时所需面对可达1000m³/h方量以上的大涌水量，应急排水系统必须满足排水量大，反应迅速的特点。

应急排水流程：如附图3所示，当液位上升到H5时，位于主机区的第三液位检测装置5.3检测到液位信号5，并将信号反馈到控制器，控制器发出指令5使第五排沙泵1.5开始工作，排水流量Q5；依此类推当主机区液位达到H6时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号6并将信号反馈到控制器，控制器发出指令6，使第六排沙泵1.6开始工作，此时第五排沙泵1.5和第六排沙泵1.6同时工作，排水流量为Q6；当主机区液位达到H7时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号7并将信号反馈到控制器，控制器发出指令7，使第七排沙泵1.7开始工作，此时第五排沙泵1.5、第六排沙泵1.6和第七排沙泵1.7同时工作，排水流量为Q7；当主机区液位达到H8时，第三液位检测装置5.3检测到液位信号8并将信号反馈到控制器，控制器发出指令8，使第八排沙泵1.8开始工作，此时第五排沙泵1.5、第六排沙泵1.6和第七排沙泵1.7和第八排沙泵1.8同时工作，排水流量为Q8，才能确保不同液位的污水及时排出。

如图1所示，中继排水系统为应急排水系统和正常排水系统共用。中继排水系统包括第二水箱10、第二液位检测装置5.2、三条并列设置的中继排水回路，三条中继排水回路包括第九排沙泵1.9、第十排沙泵1.10、第十一排沙泵1.11和单向止回阀4，中继排水系统工作流程包括：

如图2所示，正常排水系统和应急排水系统的污水进入第二水箱10，当液位到达第二液位检测装置5.2设置的高液位值时，第九排沙泵1.9、第十排沙泵1.10、第十一排沙泵1.11依次启动，开始排水，依次启动主要目的降低大功率排沙泵同时启动时对电网的冲击。当液位降低到第二液位检测装置5.2设置的低液位值时，第九排沙泵1.9、第十排沙泵1.10、第十一排沙泵1.11停止工作。中继排水系统具有自动启停、无人值守功能，同时又设置手动操作箱来手动控制水泵启停。另外，中继排水系统可设置独立的控制箱不经过控制器(主控室)控制，隧道无信号电缆，增强了中继排水系统的可靠性。

上述控制逻辑属于现有技术，即通过不同液位信号控制相应泵启停是目前常用的现有技术，不存在对方法和程序的改进。

不停机换管功能：如图5所示，正常排水系统采用水管卷筒8，随着TBM的掘进，水管卷筒8的管路可自动延伸，达到延伸余量后，可手动关闭第一渣浆泵2.1和第二渣浆泵2.2，进行尾部管路铺设；应急排水系统管路直径大，市面无匹配的水管卷筒8，本申请设计了一种水管延伸机构7，所述管路延伸机构7包括若干交替连接的大通径的硬管12和软管13，本申请采用大通径管路延伸机构，使排水作业与TBM掘进同步进行，可实现不停机换管功能，提高了掘进效率。

本申请还是设置了便捷式的管路支架11，将管路下挂于台车底部，节约安装空间。

另外，由于本申请应急排水系统的管路布置采取硬管12和软管13交替连接的方案，相比普通大直径硬管连接需要增加减震喉，本申请用软管13取代了减震喉不仅提高了排水管路的抗震性还增强了排水管路的转弯适应性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，包括正常排水系统、应急排水系统、中继排水系统，主机区液位检测装置、控制器，其中：

所述中继排水系统包括第二污水箱(10)、第二液位检测装置(5.2)、中继排水回路，所述第二液位检测装置(5.2)用于检测第二污水箱(10)内污水液位信号，所述中继排水回路包括中继排沙泵，所述中继排沙泵用于抽取第二污水箱(10)污水并排出；

所述正常排水系统包括正常排水回路、渣浆排除回路、第一污水箱(9)、第一液位检测装置(5.1)，所述正常排水回路包括正常排沙泵，所述正常排沙泵的输出端通过设置有水管卷筒(8)的管路连通第二污水箱(10)，所述第一污水箱(9)通过设置有球阀的管路与正常排沙泵的输出端相连接，所述第一液位检测装置(5.1)用于检测第一污水箱(9)内的污水液位信号，所述渣浆排除回路包括渣浆泵，所述渣浆泵的输出端通过管路旁接在设置有水管卷筒(8)的管路上连通第二污水箱(10)；

所述应急排水系统包括应急排水回路，所述应急排水回路包括应急排沙泵、管路延伸机构(7)，所述应急排沙泵的输出端通过设置有管路延伸机构(7)的大通径管路连通第二污水箱(10)；

所述主机区液位检测装置包括第三液位检测装置(5.3)，设置在主机区，用于检测主机区的液位信号；

所述控制器分别与所述第一液位检测装置(5.1)、第二液位检测装置(5.2)、第三液位检测装置(5.3)、正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵电路连接，用于根据第一液位检测装置(5.1)、第二液位检测装置(5.2)、第三液位检测装置(5.3)的液位信号控制正常排沙泵、应急排沙泵、中继排沙泵、渣浆泵的启停进行组合排水，确保主机区的污水及时排出。

2.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，设置有管路延伸机构(7)的管路上还设置有液动球阀。

3.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述第一液位检测装置(5.1)、第二液位检测装置(5.2)、第三液位检测装置(5.3)采用超声波液位传感器。

4.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述第一液位检测装置(5.1)、第二液位检测装置(5.2)、第三液位检测装置(5.3)采用浮球式液位开关。

5.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述应急排水系统包括至少两条并列设置的应急排水回路，每条应急排水回路上均包括有管路延伸机构(7)、并列设置的至少两个应急排沙泵，并列设置的至少两个应急排沙泵的输出端汇合后通过设置有管路延伸机构(7)的大通径管路连通第二污水箱(10)。

6.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述中继排水系统包括至少两条并列设置的中继排水回路。

7.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述正常排水系统包括至少两条并列设置的正常排水回路，各条正常排水回路汇合后通过设置有水管卷筒(8)的管路连通第二污水箱(10)。

8.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述正常排水系统包括至少两条并列设置的渣浆排除回路，各条渣浆排除回路均旁接在设置有水管卷筒(8)的管路上连通第二污水箱(10)。

9.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述中继排水回路、正常排水回路、应急排水回路、渣浆排除回路上均设置有单向止回阀(4)。

10.根据权利要求1所述的大直径TBM隧道施工阶梯式组合排水系统，其特征在于，所述管路延伸机构(7)包括若干交替连接的大通径硬管(12)和软管(13)。