富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统，解决了在富水地层中盾构机渣土不能正常排出影响盾构机正常掘进的问题。包括在螺旋机出土口（3）上设置有渣土压力传感器（8），在盾构机土舱（2）的三分之一容量的高度处的土舱内壁上设置有土舱渣土上限位传感器（9），在土舱渣土上限位传感器（9）的上方1米处的土舱内壁上设置有土舱积水压力传感（10），在土舱顶部的内壁上设置有气压传感器（11），在盾构机的控制室内设置有工控机（12），空气压缩机（13）的压缩空气输出口通过压缩空气进气管（14）与盾构机土舱（2）连通。本实用新型提高了富水地层中的盾构机的施工效率，保证了盾构施工的质量。
【专利说明】富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种盾构机的控制系统，特别涉及一种在富水地层中掘进的盾构机的 土舱压力控制系统。
【背景技术】
[0002] 地铁隧道的开挖有两种方式，分别为矿山法和盾构法。当地质条件比较复杂，地面 建筑物又比较密集时，一般是采用盾构法施工隧道的。盾构法（Shield Method)是暗挖法 施工中的一种全机械化的施工方法，它是将盾构机在地中推进，通过盾构外壳和管片支承 四周的围岩，防止围岩往隧道内坍塌。同时，在开挖面前方，用切削装置进行土体开挖，通过 出土机械将开挖出的渣土运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形 成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构机的土舱位于盾构机刀盘后方，是承载汇集掌子 面剥落岩体和渣土的密封空间。盾构机正常推进过程中，掌子面剥落的渣土通过螺旋机入 土口进入到螺旋机，通过皮带传送机，排出到出渣电瓶车的渣箱中。在盾构机土舱中一般设 置有压力传感器，用于监测舱中渣土的压力，并将信号传递给盾构机控制室，为操作人员提 供参考，操作人员根据压力调节盾构机的出渣量和盾构机的推进速度。在富水复合地层中， 地下水具有较大的水头压力，地下水会通过岩石裂隙进入到盾构机的土舱中，造成盾构机 的土舱内水压过大的问题，进而导致出渣喷涌，使渣土从皮带机上滑落到隧道中，严重影响 到了盾构机的正常掘进施工。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统，解决了在富水地 层中盾构机渣土不能正常排出影响盾构机正常掘进的技术问题。
[0004] 本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
[0005] -种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统，包括盾构机刀盘1，在盾构机刀 盘1的后侧设置有盾构机土舱2,在盾构机土舱2的下端设置有螺旋机出土口 3,螺旋机出 土口 3上连接有螺旋机4,在螺旋机出土口 3上设置有渣土压力传感器8,在盾构机土舱2 的三分之一容量的高度处的土舱内壁上设置有土舱渣土上限位传感器9,在土舱渣土上限 位传感器9的上方1米处的土舱内壁上设置有土舱积水压力传感10,在土舱顶部的内壁上 设置有气压传感器11，在盾构机的控制室内设置有工控机12,渣土压力传感器8、土舱渣土 上限位传感器9、土舱积水压力传感10和气压传感器11分别与工控机12电连接在一起，工 控机12的控制输出端通过控制线路15与空气压缩机13电连接在一起，空气压缩机13的 压缩空气输出口通过压缩空气进气管14与盾构机土舱2连通在一起，在土舱内从下到上依 次设置有土舱渣土 5、土舱内积水6和土舱内积气7。
[0006] -种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制方法，其特征在于：工控机12是通过 螺旋机出土口 3处设置的渣土压力传感器8传递来的压力信号，来判断土舱的螺旋机出土 口 3处是否被渣土封闭的，若螺旋机出土口 3被渣土封闭，则保持螺旋机4的出渣量，若螺 旋机出土口 3未封闭，通过盾构机控制室来减少螺旋机4的出渣量；工控机12是通过土舱 渣土上限位传感器9传递来的压力信号，来判断土舱内渣土位置是否高于盾构机土舱2的 总容量的三分之一，若不高于盾构机土舱2的总容量的三分之一，则保持螺旋机4的出渣 量，若高于盾构机土舱2的总容量的三分之一，通过盾构机控制室来增大螺旋机4的出渣 量；工控机12是将盾构机土舱2的积水压力传感10传递来的压力信号与气压传感器11传 递来的压力信号进行比较，若盾构机土舱2的积水压力与盾构机土舱2的积气压力不相等 时，工控机12通过调节空气压缩机13的供气量，使盾构机土舱2的积水压力与盾构机土舱 2的积气压力相等，从而达到盾构机土舱2内的水压与气压平衡。
[0007] 本发明解决了富水地层盾构施工的难题，通过使盾构机土舱内的水压与气压平 衡，有力地保障了盾构机的渣土顺利排出，提高了富水地层中的盾构机的施工效率，保证了 盾构施工的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009] -种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统，包括盾构机刀盘1，在盾构机刀 盘1的后侧设置有盾构机土舱2,在盾构机土舱2的下端设置有螺旋机出土口 3,螺旋机出 土口 3上连接有螺旋机4,在螺旋机出土口 3上设置有渣土压力传感器8,在盾构机土舱2 的三分之一容量的高度处的土舱内壁上设置有土舱渣土上限位传感器9,在土舱渣土上限 位传感器9的上方1米处的土舱内壁上设置有土舱积水压力传感10,在土舱顶部的内壁上 设置有气压传感器11，在盾构机的控制室内设置有工控机12,渣土压力传感器8、土舱渣土 上限位传感器9、土舱积水压力传感10和气压传感器11分别与工控机12电连接在一起，工 控机12的控制输出端通过控制线路15与空气压缩机13电连接在一起，空气压缩机13的 压缩空气输出口通过压缩空气进气管14与盾构机土舱2连通在一起，在土舱内从下到上依 次设置有土舱渣土 5、土舱内积水6和土舱内积气7。
[0010] 一种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制方法，其特征在于：工控机12是通过 螺旋机出土口 3处设置的渣土压力传感器8传递来的压力信号，来判断土舱的螺旋机出土 口 3处是否被渣土封闭的，若螺旋机出土口 3被渣土封闭，则保持螺旋机4的出渣量，若螺 旋机出土口 3未封闭，通过盾构机控制室来减少螺旋机4的出渣量；工控机12是通过土舱 渣土上限位传感器9传递来的压力信号，来判断土舱内渣土位置是否高于盾构机土舱2的 总容量的三分之一，若不高于盾构机土舱2的总容量的三分之一，则保持螺旋机4的出渣 量，若高于盾构机土舱2的总容量的三分之一，通过盾构机控制室来增大螺旋机4的出渣 量；工控机12是将盾构机土舱2的积水压力传感10传递来的压力信号与气压传感器11传 递来的压力信号进行比较，若盾构机土舱2的积水压力与盾构机土舱2的积气压力不相等 时，工控机12通过调节空气压缩机13的供气量，使盾构机土舱2的积水压力与盾构机土舱 2的积气压力相等，从而达到盾构机土舱2内的水压与气压平衡。
[0011] 本发明的具体实施分为以下几个步骤：在盾构机的推进过程中，通过渣土压力传 感器8反馈给工控机12的压力信号，判断盾构机土舱2内的渣土是否能完全封闭螺旋机出 土口 3,从而保证盾构机土舱2被完全密闭，以便建立气压。通过土舱渣土上限为传感器9， 保证渣土位置不超过盾构机土舱2的容积的三分之一，若盾构机土舱2内的渣土位置大于 三分之一，将影响盾构推进速度，则提高螺旋机4的出渣量。最后通过土舱积水压力传感10 和气压传感器11传递给工控机12的压力信号来控制空气压缩机13的进气流量，若通过土 舱积水压力传感10和气压传感器11传递给工控机12的压力信息不相同，则工控机12向 空气压缩机13传递信号，提高空气压缩机13供气量。本发明主要是控制盾构机土舱2内 的气水压力平衡，并保证盾构机土舱2内的积水水深不超过1米，从而使渣土和易性满足连 续出土条件，使盾构施工能连续正常推进。
【权利要求】
1. 一种富水地层中的盾构机水压气压平衡控制系统，包括盾构机刀盘（1)，在盾构机 刀盘（1)的后侧设置有盾构机土舱（2)，在盾构机土舱（2)的下端设置有螺旋机出土口（3)， 螺旋机出土口（3)上连接有螺旋机（4)，其特征在于，在螺旋机出土口（3)上设置有渣土压 力传感器（8)，在盾构机土舱（2)的三分之一容量的高度处的土舱内壁上设置有土舱渣土 上限位传感器（9)，在土舱渣土上限位传感器（9)的上方1米处的土舱内壁上设置有土舱积 水压力传感（10)，在土舱顶部的内壁上设置有气压传感器（11)，在盾构机的控制室内设置 有工控机（12)，渣土压力传感器（8)、土舱渣土上限位传感器（9)、土舱积水压力传感（10) 和气压传感器（11)分别与工控机（12)电连接在一起，工控机（12)的控制输出端通过控制 线路（15)与空气压缩机（13)电连接在一起，空气压缩机（13)的压缩空气输出口通过压缩 空气进气管（14)与盾构机土舱（2)连通在一起，在盾构机土舱（2)内从下到上依次设置有 土舱渔土（ 5 )、土舱内积水（6 )和土舱内积气（7 )。
【文档编号】E21D9/093GK203891890SQ201420274777
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】王江华, 王立光, 王光宇, 张 杰, 王晓庆, 窦庆伟, 杨士富 申请人:中铁十九局集团轨道交通工程有限公司