泥水土压双模式盾构系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种泥水土压双模式盾构系统及控制方法，包括盾构部，跟随在盾构部之后的泥浆分离台车和膨润土泥浆制备台车；在盾构部前端设有盾构刀盘，盾构刀盘后设有土仓，螺旋输送机的入口接入到土仓的下段内；还设有连接到盾构刀盘的润滑泥浆进管，和连接到土仓的压力泥浆进管；螺旋输送机与泥浆排出装置连接，泥浆排出装置与第一循环管连接，第一循环管与润滑泥浆进管和压力泥浆进管连接。通过采用螺旋输送机作为土仓的单一排泥口出口，从而减少安装空间，能够实现泥水平衡盾构模式和土压平衡盾构模式的无缝切换，提高了施工效率，大幅降低现场施工的劳动强度。

Slurry earth pressure dual mode shield system and control method

【技术实现步骤摘要】
泥水土压双模式盾构系统及控制方法
本专利技术涉及盾构设备及施工领域，特别是一种能够快速切换的泥水土压双模式盾构系统及方法。
技术介绍
常见的盾构机分为土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构。土压平衡式盾构的基本原理是由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土舱，土舱内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土舱内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。泥水平衡式盾构的基本原理是在盾构机正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，实现开挖面稳定，并以安装在正面的刀盘切削土体，渣土与泥浆混合后形成高密度泥浆，用排泥泵及管道输送至地面处理。以上两种盾构机掘进方式只能为土压平衡式和泥水平衡式的其中一种，因此盾构机适应地层变化的工作能力受到极大限制，现阶段我国城市轨道交通、引水隧道、电力隧道大力发展，隧道穿越地区地质变化较大，在大量的复杂地段，单一掘进方式的盾构机容易出现掘进困难，影响施工工期，增加工程成本，对城市轨道交通等各类建设造成不利影响。中国专利文献CN202707070U记载了一种土压平衡和泥水平衡双模式复合盾构机，通过切换集石破碎箱和输送带，配合管路实现土压平衡和泥水平衡施工方式的切换。存在的问题是，切换到泥水平衡施工方式时需要撤掉输送带，更换集石破碎箱，而在土压平衡施工方式时需要以输送带替换集石破碎箱，操作较为麻烦。中国专利文献CN110306991A记载的泥水土压双模式盾构机的技术方案也存在上述的技术问题。专利
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种泥水土压双模式盾构系统及方法，能够同时适应泥水平衡盾构施工和土压平衡盾构施工。优选的方案中，能够快速切换泥水平衡盾构施工和土压平衡盾构施工的工作模式，能够提高泥浆循环处理的效率，能够提高泥浆循环的经济效益，能够自动在不同的泥浆循环模式下进行切换。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种泥水土压双模式盾构系统，包括盾构部，跟随在盾构部之后的泥浆分离台车和膨润土泥浆制备台车；在盾构部前端设有盾构刀盘，盾构刀盘后设有土仓，螺旋输送机的入口接入到土仓的下段内；还设有连接到盾构刀盘的润滑泥浆进管，和连接到土仓的压力泥浆进管；螺旋输送机与泥浆排出装置连接，泥浆排出装置与第一循环管连接，第一循环管与润滑泥浆进管和压力泥浆进管连接；在压力泥浆进管设有第二阀，在润滑泥浆进管设有第一阀。优选的方案中，在螺旋输送机的出料口下方设有采石箱，采石箱的溢流口通过第二循环管与第一排出管和第一循环管连通；第二循环管上设有第二循环阀，第二循环管上还设有第二泥浆循环泵，第一排出管上设有第一排出阀，第一循环管上设有第一循环阀；在第一排出管的出口设有泥浆处理装置。优选的方案中，在采石箱的底部设有可启闭的闸板，在采石箱的底部设有输送带。优选的方案中，所述的泥浆处理装置包括振动筛，第一排出管的出口位于振动筛的上方，振动筛的筛上通过溜槽与输送带连接，振动筛的筛下设有沉淀箱，沉淀箱内设有溢流箱体，沉淀箱的溢流口与第三循环管连接，第三循环管与膨润土泥浆制备罐连接。优选的方案中，所述的膨润土泥浆制备罐内设有搅拌装置，膨润土泥浆制备罐的上方设有进液管，进液管上设有进液泵；膨润土泥浆制备罐通过润滑泥浆管与润滑泥浆进管连接，润滑泥浆管上设有润滑泥浆阀。优选的方案中，采石箱的底部倾斜，倾斜角度与输送带的倾角大致相同，闸板与采石箱底部的滑槽滑动连接，闸板与驱动开合的驱动装置连接；驱动装置包括由电机驱动的齿轮齿条机构、丝杠螺母机构、气缸或液压缸。优选的方案中，所述的泥浆排出装置位于靠近螺旋输送机进料端的位置，在泥浆排出装置上设有筛网。优选的方案中，泥浆排出装置的结构为：在靠近螺旋输送机进料端的位置，进料端管体通过连接法兰与管体本体连接，在进料端管体上设有排泥开口，排泥开口的周边设有卡槽，排泥管连接板固定安装在卡槽，在排泥管连接板的端头设有法兰结构，排泥管连接板上设有排泥管，排泥管与第一循环管连通，排泥管与排泥管连接板连接的位置设有筛网。优选的方案中，在第一循环管上设有粘度计；在土仓内设有土仓压力传感器。一种采用上述的泥水土压双模式盾构系统的施工方法，土压平衡盾构工况下，关闭第一循环管上的第一循环阀，开启采石箱的闸板，根据土仓内设置的土仓压力传感器调节螺旋输送机的转速，螺旋输送机出料口的石块经过采石箱排出到输送带，进行土压盾构施工；在泥水平衡盾构工况下，启动第一泥浆循环泵，开启第一循环管的第一循环阀，第一泥浆循环泵从泥浆排出装置循环排出泥浆为土仓内提供压力泥浆，或者通过控制第一阀的启闭为润滑泥浆进管提供润滑泥浆，或者通过第一排出管送到泥水分离装置，螺旋输送机转动将泥浆中的石块输送至采石箱，采石箱的溢流泥浆输送至压力泥浆进管或泥浆处理装置，间歇开启采石箱底部的闸板，将采石箱内的石块排出到输送带，进行泥水盾构施工；通过以上步骤实现土压平衡盾构工况和泥水平衡盾构工况的快速切换。本专利技术提供的一种泥水土压双模式盾构系统及方法，通过采用螺旋输送机作为土仓的单一排泥口出口，从而减少安装空间，设置在螺旋输送机靠近进料端的泥浆排出装置，在泥水平衡盾构模式中，能够通过螺旋输送机的泥浆排出装置快速实现泥浆与石块的分离，完成排泥过程。在土压平衡盾构模式中，能够通过采石箱的底部直接排出石块，而在泥水平衡盾构模式中，采石箱也能够单独实现泥浆和石块分离，实现泥浆循环利用。设置的泥浆分离台车，能够在现场对泥浆进一步进行分离，减少泥浆运输难度，进一步减少泥浆对施工现场的污染。本专利技术能够实现自动控制的泥浆循环利用，节省了资源，降低了能耗，能够实现泥水平衡盾构模式和土压平衡盾构模式的无缝切换，提高了施工效率，大幅降低现场施工的劳动强度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术泥水衡盾构模式的整体结构图。图2为本专利技术土压衡盾构模式的整体结构图。图3为本专利技术的整体结构示意图。图4为本专利技术中采石箱和输送带的局部结构示意图。图5为本专利技术中振动筛与输送带连接时的局部结构示意图。图6为本专利技术中螺旋输送机的泥浆排出装置的结构示意图。图7为本专利技术中泥浆排出装置的爆炸立体图。图中：盾构刀盘1，土仓2，压力泥浆进管3，润滑泥浆进管4，螺旋输送机5，采石箱6，箱体61，侧挡板62，闸板开启装置63，闸板64，泥浆排出装置7，进料端管体71，连接法兰72，筛网73，排泥管连接板74，排泥管75，卡槽76，排泥开口77，管体本体78，泥浆分离台车8，膨润土泥浆制备台车9，输送带10，振动筛11，沉淀箱12，膨润土泥浆制备罐13，第一泥浆循环泵14，粘度计15，第二泥浆循环泵16，润滑泥浆泵17，进液泵18，第一循环阀19，第一阀20，第二阀21，润滑泥浆阀22，第二循环阀23，第一排出阀24，第二排出阀25，第三阀26，第一循环管27，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥水土压双模式盾构系统，包括盾构部，跟随在盾构部之后的泥浆分离台车（8）和膨润土泥浆制备台车（9）；/n在盾构部前端设有盾构刀盘（1），盾构刀盘（1）后设有土仓（2），螺旋输送机（5）的入口接入到土仓（2）的下段内；/n还设有连接到盾构刀盘（1）的润滑泥浆进管（4），和连接到土仓（2）的压力泥浆进管（3）；其特征是：螺旋输送机（5）与泥浆排出装置（7）连接，泥浆排出装置（7）与第一循环管（27）连接，第一循环管（27）与润滑泥浆进管（4）和压力泥浆进管（3）连接；/n在压力泥浆进管（3）设有第二阀（21），在润滑泥浆进管（4）设有第一阀（20）。/n

【技术特征摘要】
1.一种泥水土压双模式盾构系统，包括盾构部，跟随在盾构部之后的泥浆分离台车（8）和膨润土泥浆制备台车（9）；
在盾构部前端设有盾构刀盘（1），盾构刀盘（1）后设有土仓（2），螺旋输送机（5）的入口接入到土仓（2）的下段内；
还设有连接到盾构刀盘（1）的润滑泥浆进管（4），和连接到土仓（2）的压力泥浆进管（3）；其特征是：螺旋输送机（5）与泥浆排出装置（7）连接，泥浆排出装置（7）与第一循环管（27）连接，第一循环管（27）与润滑泥浆进管（4）和压力泥浆进管（3）连接；
在压力泥浆进管（3）设有第二阀（21），在润滑泥浆进管（4）设有第一阀（20）。


2.根据权利要求1所述的一种泥水土压双模式盾构系统，其特征是：在螺旋输送机（5）的出料口下方设有采石箱（6），采石箱（6）的溢流口通过第二循环管（28）与第一排出管（29）和第一循环管（27）连通；
第二循环管（28）上设有第二循环阀（23），第二循环管（28）上还设有第二泥浆循环泵（16），第一排出管（29）上设有第一排出阀（24），第一循环管（27）上设有第一循环阀（19）；
在第一排出管（29）的出口设有泥浆处理装置。


3.根据权利要求2所述的一种泥水土压双模式盾构系统，其特征是：在采石箱（6）的底部设有可启闭的闸板（64），在采石箱（6）的底部设有输送带（10）。


4.根据权利要求3所述的一种泥水土压双模式盾构系统，其特征是：所述的泥浆处理装置包括振动筛（11），第一排出管（29）的出口位于振动筛（11）的上方，振动筛（11）的筛上通过溜槽与输送带（10）连接，振动筛（11）的筛下设有沉淀箱（12），沉淀箱（12）内设有溢流箱体，沉淀箱（12）的溢流口与第三循环管（31）连接，第三循环管（31）与膨润土泥浆制备罐（13）连接。


5.根据权利要求4所述的一种泥水土压双模式盾构系统，其特征是：所述的膨润土泥浆制备罐（13）内设有搅拌装置，膨润土泥浆制备罐（13）的上方设有进液管，进液管上设有进液泵（18）；
膨润土泥浆制备罐（13）通过润滑泥浆管（30）与润滑泥浆进管（4）连接，润滑泥浆管（30）上设有润滑泥浆阀（22）。


6.根据权利要求3所述的一种泥水土压双模式盾构系统，其特征是：采石箱（6）的底部倾斜，倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，崔洪谱，张维，何普鑫，孙恒，潘真，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42