一种用于泥水平衡盾构机的排石装置及其操作方法与流程

本发明涉及泥水平衡盾构机施工技术领域，具体涉及一种用于泥水平衡盾构机的排石装置及其操作方法。

背景技术：

盾构机作为目前最先进的自动化隧道掘进专用设备，是实现地层掘进、渣土排出、管片拼装、注浆填充等一系列施工工序的高科技施工设备，被广泛运用于铁路、公路、城市地铁、综合管廊等工程的修建领域。泥水平衡式盾构机作为盾构机中重要的一个分支，因其掘进速度快、对周边土体扰动小、开挖面平衡压力控制精度高等优点，被广泛应用于高透水性、淤泥质地层、砂卵石等地层的隧道施工中。泥水平衡盾构掘进时，向密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压与开挖面平衡，以保证开挖面土体的稳定。刀盘切削下来的渣土在密封仓中与泥水混合后，通过排泥管携渣排出。受泥浆浓度、排浆泵压力、破碎机破碎能力、输送距离等因素影响，随着隧道的不断开挖，开挖面不断前移，排泥管长度不断增加，泥浆裹挟石块的能力有限，超过泥浆携带能力的石块进入排泥管后会逐渐出现沉积现象，造成排泥管有效管径减小，泥浆输送能力低下，排泥管堵管现象时有发生，且堵管位置难以确定，人工停机疏通费时费力，极大影响隧道工程的安全、高效推进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于泥水平衡盾构机的排石装置及其操作方法，以解决排泥管泥浆输送能力低、易堵塞的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于泥水平衡盾构机的排石装置，包括多个依次连接的排石机构，相邻所述排石机构通过排泥管连接；所述排石机构包括过滤单元以及与所述过滤单元连通的收集单元；

所述过滤单元包括与所述排泥管连接的过滤箱、设置在过滤箱内的过滤格栅以及垂直连接于所述过滤箱上的排石通道，相邻所述排石机构内的过滤格栅的网眼直径依次减小；

所述收集单元包括与所述排石通道连接的收集箱以及设置在收集箱内底端的振动感应机构。

进一步，还包括分别与过滤箱和收集箱连接的泥浆返送机构，所述泥浆返送机构包括泥浆泵、连接在泥浆泵入口端且与所述收集箱连通的第一泥浆返送管道以及连接在泥浆泵出口端且与所述过滤箱连接的第二泥浆返送管道，所述第一泥浆返送管道上设置有第一阀门，所述第二泥浆返送管道上设置有第二阀门。

进一步，所述振动感应机构包括设置在收集箱两侧壁之间的倾斜隔板以及设置在倾斜隔板与收集箱底端之间的倾斜隔板振动件和重力感应器，所述倾斜隔板振动件与所述重力感应器相邻设置。

进一步，所述倾斜隔板靠近排石通道的端部与收集箱底面之间的距离大于所述倾斜隔板远离排石通道的端部与收集箱底面之间的距离。

进一步，所述排石通道侧壁上开设有开口，所述开口处设置有用于控制排石通道开闭的封闭隔板机构；

所述封闭隔板机构包括安装在开口处且内部为中空结构的支撑框架、设置在支撑框架内的伸缩杆以及铰接于所述伸缩杆的端部的封闭隔板，且所述封闭隔板的上端与开口顶端铰接设置，所述封闭隔板的下端与开口底端间隙配合，所述开口的对侧设置有与封闭隔板相配合的闭合凸块。

进一步，所述封闭隔板的大小与所述排石通道截面面积相适配。

进一步，所述排泥管与所述过滤箱之间以及所述排石通道与所述收集箱之间均通过止水快拆接口连接。

进一步，所述收集箱上设置有泄压阀门，所述收集箱外壁上设置有观察窗。

本发明还提供了一种用于泥水平衡盾构机的排石装置的操作方法，包括以下步骤：

①：通过止水快拆接口将多个排石机构间隔连接于排泥管上，并保持封闭隔板处于关闭状态从而开启排石通道，关闭第一阀门、第二阀门以及泄压阀门；

②：通过过滤单元和收集单元对泥浆进行过滤和收集，并启动振动感应机构，将石块以及附着的泥浆振动送入至收集箱内堆积；

③：石块与泥浆收集完毕后，打开封闭隔板从而封闭排石通道，并打开第一阀门和第二阀门，启动泥浆泵，将收集箱中的泥浆抽送至排泥管；

④：泥浆抽送完毕后，关闭第一阀门和第二阀门，并打开泄压阀门，使收集箱中泥浆压力与外部环境相等，然后再关闭泄压阀门；

⑤：打开收集箱与排石通道的止水快拆接口使得两者连接松脱，再通过电瓶拖车将收集箱运出至洞外排石，当排石完成后再将收集箱运回并安装至原位；

⑥：重复步骤①至步骤⑤。

进一步，步骤中③中，通过重力感应器和观察窗来判断收集箱内石块及附着泥浆的装入量。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种用于泥水平衡盾构机的排石装置及其操作方法，通过过滤单元及收集单元，可实现对泥水平衡盾构机排泥管中的不同粒径的石块的分级过滤和收集，拦截下来的石块进入收集箱，封闭收集箱后，可在泥水平衡盾构机正常工作情况下清走石块，避免了泥水平衡盾构机的排泥管有效管径减小、堵管等问题，排石效果好，避免了人工停机检查，保证了施工工期。此外，可沿泥水平衡盾构机排泥管长度方向在不同位置处多级设置本排石装置，可最大化利用排泥管自身的裹挟能力，节约了施工成本，提升了施工效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中排石机构结构示意图；

图3为本发明中收集单元结构示意图；

图4为本发明中过滤单元结构示意图；

图1至图4中所示附图标记分别表示为：1-排石机构，2-排泥管，10-过滤单元，11-收集单元，101-过滤箱，102-过滤格栅，103-排石通道，110-收集箱，111-振动感应机构，3-泥浆返送机构，31-泥浆泵，32-第一泥浆返送管道，33-第二泥浆返送管道，34-第一阀门，35-第二阀门，112-倾斜隔板，113-倾斜隔板振动件，114-重力感应器，4-封闭隔板机构，41-支撑框架，42-伸缩杆，43-封闭隔板，44-闭合凸块，5-止水快拆接口，6-泄压阀门，7-观察窗。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图4所示，一种用于泥水平衡盾构机的排石装置，包括多个依次连接的排石机构1，相邻排石机构1通过排泥管2连接。其中排泥管2为泥水平衡盾构机的自身结构，排石机构1设置在排泥管2的长度上向上的不同位置处，从而最大化利用排泥管2自身的裹挟能力，提高排石效果及施工效率。

排石机构1包括过滤单元10以及与过滤单元10连通的收集单元11。过滤单元10包括与排泥管2连接的过滤箱101、设置在过滤箱101内的过滤格栅102以及垂直连接于所述过滤箱101上的排石通道103，相邻排石机构1内的过滤格栅102的网眼直径依次减小。

过滤箱101与排泥管2的结构形状一致，且通过止水快拆接口5实现两者的可拆卸连接，由于泥浆中所携带的石块粒径不同，各种粒径的石块发生沉积的位置也不同，根据需要在适当位置安装排石机构1从而适应对不同粒径大小石块的拦截。如图1所示，图中箭头所指方向即为泥浆输出方向，从左到右依次定义为ⅰ级排石机构、ⅱ级排石机构以及ⅲ级排石机构。泥浆由排泥管2排入至排石机构内，通过过滤箱101内的过滤格栅102进行过滤，从而将泥浆与石块分离。在大粒径石块发生沉积之前设置ⅰ级排石机构1，其内部的过滤格栅102能拦截粒径大的石块而让粒径小于其网眼直径的石块通过；在中等粒径的石块发生沉积之前设置ⅱ级排石机构1，ⅱ级排石机构1中的过滤格栅102的网眼直径适当小于ⅰ级过滤收集装置中的过滤格栅102的网眼直径，其内部的过滤格栅102能拦截中等粒径的石块而让粒径小于其网眼直径的石块通过；在较小粒径的石块发生沉积之前设置ⅲ级排石机构1，ⅲ级排石机构中的过滤格栅102网眼直径适当小于ⅱ级排石机构中的过滤格栅102网眼直径，其内部的过滤格栅102能拦截较小粒径的石块而让粒径小于其格栅网眼直径的石块通过。以此类推，可在排泥管2上加装多级排石机构1，每一级排石机构1的布置位置和其过滤格栅102中网眼直径可依据工程实际情况调整。

过滤后的石块通过排石通道103掉落至收集单元11内，收集单元11包括与排石通道103连接的收集箱110以及设置在收集箱110内底端的振动感应机构111。石块堆积在收集箱110中，通过振动感应机构111可避免掉落至收集箱110中的石块堆积在收集箱110入口处。振动感应机构111包括设置在收集箱110两侧壁之间的倾斜隔板112以及设置在倾斜隔板112与收集箱110底端之间的倾斜隔板振动件113和重力感应器114，所述倾斜隔板振动件113与所述重力感应器114相邻设置。倾斜隔板112为倾斜设置，即倾斜隔板112靠近排石通道103的端部与收集箱110底面之间的距离大于所述倾斜隔板112远离排石通道103的端部与收集箱110底面之间的距离。通过倾斜隔板振动件113可带动倾斜隔板112的振动，从而使收集箱110内的石块分散堆积，避免石块堆积在收集箱110入口处，倾斜振动件为多个，使得振动作用力更加均匀的作用在倾斜隔板112上。通过重力感应器114，可用于判断收集箱110内的石块装入量，从而判断将收集箱110拖出洞外的时机，重力感应器114设置为多个可提高检测石块装入量的精确性。

过滤单元10和收集单元11还分别连通有泥浆返送机构3，泥浆返送机构3用于将沉淀在收集箱110内的泥浆抽送至排泥管2排出。泥浆返送机构3包括泥浆泵31、连接在泥浆泵31入口端且与收集箱110连通的第一泥浆返送管道32以及连接在泥浆泵31出口端且与过滤箱101连接的第二泥浆返送管道33，第一泥浆返送管道32上设置有第一阀门34，所述第二泥浆返送管道33上设置有第二阀门35。第一阀门34和第二阀门35分别用于控制第一泥浆返送管道32和第二泥浆返送管道33的开闭，在正常过滤工作中，第一阀门34和第二阀门35均处于关闭状态。当石块收集完毕后，打开第一阀门34和第二阀门35并启动泥浆泵31，从而将收集箱110内的泥浆抽送至排泥管2内排出洞外。

当收集箱110内的石块装入量到达最大时，需要将收集箱110拖出洞外对石块进行放置处理，为了避免在此期间，过滤箱101内过滤的石块掉落至洞内而造成施工不便，本发明中，排石通道103侧壁上开设有开口，开口处设置有用于控制排石通道103开闭的封闭隔板机构4。通过封闭隔板机构4可对排石通道103进行开闭状态的控制。

封闭隔板机构4包括安装在开口处且内部为中空结构的支撑框架41、设置在支撑框架41内的伸缩杆42以及铰接于所述伸缩杆42的端部的封闭隔板43，且封闭隔板43的上端与开口顶端铰接设置，封闭隔板43的下端与开口底端间隙配合，开口的对侧设置有与封闭隔板43相配合的闭合凸块44。支撑框架41为伸缩杆42的支撑部件，伸缩杆42根据施工条件的不同进行适应的选择，可采用气缸、液压缸或电动缸。当进行石块收集时，伸缩杆42收缩将封闭隔板43拉回在开口内从而导通排石通道103，使石块顺利的进入至收集箱110内。当需要将收集箱110内的石块运出时，伸缩杆42伸出，带动封闭隔板43移动至闭合凸块44处，实现对排石通道103的关闭，其操作简单，方便快捷，稳定可靠。

为了提高排石通道103关闭的严密性，本发明中，封闭隔板43的大小与所述排石通道103截面面积相适配。避免了封闭隔板43与排石通道103内壁之间的间隙过大而造成的石块或泥浆落入至施工现场而造成的施工不便。

为了便于排石结机构之间连接的拆装以及收集箱110和排石通道103之间的拆装，本发明中，排泥管2与过滤箱101之间以及排石通道103与收集箱110之间均通过止水快拆接口5连接。只需通过对止水快拆接口5的操作即可实现连接部件的拆装，操作简单，方便快捷。

收集箱110上设置有泄压阀门6，收集箱110外壁上设置有观察窗7。通过泄压阀门6可使收集箱110内的泥浆压力降至外部环境大气压相等，通过观察窗7，便于对收集箱110内石块装入量的观察。

本发明还提供了一种用于泥水平衡盾构机的排石装置的操作方法，包括以下步骤：

①：随着开挖面的不断前移，通过止水快拆接口5将多个排石机构1间隔连接于排泥管2上，并保持排石机构1内的封闭隔板43处于关闭状态，从而开启排石通道103，并关闭第一阀门34、第二阀门35以及泄压阀门6；

②：通过过滤单元10对泥浆进行过滤，并通过收集单元11对过滤后的石块以及附着的泥浆进行收集，粒径大于过滤格栅102网眼直径的石块被阻挡，落入收集箱110中；粒径小于过滤格栅102网眼直径的石块随泥浆可通过该级排石机构1并进入下一级排石机构1。经过一段时间的过滤后，启动振动感应机构111，将石块以及附着的泥浆振动送入至收集箱110内堆积；避免石块和泥浆集中堆积在收集箱110的入口处；

③：通过重力感应器114和观察窗7来判断收集箱110内石块及附着泥浆的装入量；当石块与泥浆收集完毕后，打开封闭隔板43从而封闭排石通道103，并打开第一阀门34和第二阀门35，启动泥浆泵31，将收集箱110中的泥浆抽送至排泥管2；

④：泥浆抽送完毕后，关闭第一阀门34和第二阀门35，并打开泄压阀门6，使收集箱110中泥浆压力与外部环境相等，然后再关闭泄压阀门6；

⑤：打开收集箱110与排石通道103的止水快拆接口5使得两者连接松脱，在收集箱110顶端盖合封闭盖，再通过电瓶拖车将收集箱110运出至洞外排石，当排石完成后再将收集箱110运回并安装至原位；

⑥：重复步骤①至步骤⑤。

以上为本发明的具体实施方式，从实施过程可以看出，本发明所提供的一种用于泥水平衡盾构机的排石装置及其操作方法，通过过滤单元及收集单元，可实现对泥水平衡盾构机排泥管中的不同粒径的石块的分级过滤和收集，拦截下来的石块进入收集箱，封闭收集箱后，可在泥水平衡盾构机正常工作情况下清走石块，避免了泥水平衡盾构机的排泥管有效管径减小、堵管等问题，排石效果好，避免了人工停机检查，保证了施工工期。此外，可沿泥水平衡盾构机排泥管长度方向在不同位置处多级设置本排石装置，可最大化利用排泥管自身的裹挟能力，节约了施工成本，提升了施工效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。