一种气垫式直接型压力平衡控制系统及其疏通方法与流程

本发明涉及气垫式泥水平衡盾构压力控制技术领域，特别是指一种气垫式直接型压力平衡控制系统及其疏通方法。

背景技术：

随着盾构掘进技术的高速发展，国内外相继开发了越来越多的跨江跨海隧道工程，这类工程地质条件复杂，施工难度较大，为了适用该工况，必须采用大直径气垫式泥水平衡盾构，保证在掘进过程中维持较高的泥水压力，提高掌子面的稳定性，避免复杂地层地表可能发生沉降等不利因素。而泥水仓压力的保持及精准控制直接影响了掌子面支撑压力，对盾构机的可靠性及施工安全至关重要。目前国内外在泥水盾构上对于掌子面的压力控制主要采用间接型压力平衡控制系统：压力传感器检测气垫仓压力，通过人工一次调定目标值后，某一段地层掘进过程中不再改变设定值，司机控制气垫舱液位来平衡泥水舱顶部支撑压力。该方案缺点是：气垫仓液位波动较大，直接造成上部支撑压力变化大，系统可靠性降低。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种气垫式直接型压力平衡控制系统及其疏通方法，解决了现有技术中气垫式泥水平衡盾构压力控制系统检测精度低，可靠性不佳的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种气垫式直接型压力平衡控制系统，包括与泥水舱相连通的测压通道和与气垫仓相连通的压缩空气进排通道，测压通道上设有压力变送器并连接有pi控制器，压缩空气进排通道上设有进气阀和排气阀，压力变送器与pi控制器的输入端相连接，进气阀和排气阀分别与pi控制器输出端相连接。

所述泥水舱与气垫仓之间设有前隔板，气垫仓的后侧设有后隔板，测压通道依次穿过前隔板、后隔板并向外延伸。

所述测压通道包括测压外管路，测压外管路上连接有前手动球阀和后手动球阀，前手动球阀和后手动球阀之间的测压外管路段设有水冲洗阀和气动球阀，压力变送器位于气动球阀与后手动球阀之间；测压外管路的一侧设有管路疏通阀。

所述管路疏通阀包括疏通杆和多层组合往复运动密封件，所述疏通杆设置在测压外管路内部，疏通杆通过多层组合往复运动密封件密封在测压外管路上。

所述前隔板上设有前管套，后隔板上设有后管套，测压外管路的前端与前管套相连接，测压外管路穿过后管套向外延伸。

所述疏通杆的长度大于测压外管路的长度，且疏通杆与前管套之间设有密封圈。

所述压缩空气进排通道包括进气管路和出气管路，进气阀设置在进气管路上，排气阀设置在出气管路上，进气管路上设有主减压阀、气源处理件和副减压阀，主减压阀和副减压阀分别与pi控制器相连接，出气管路上设有消音器。

一种气垫式直接型压力平衡控制系统的疏通方法，包括如下步骤：

s1：工作前对各部件进行调试；

s2：将前手动球阀和后手动球阀打开，气动球阀开启，水冲洗阀关闭，拆掉管路疏通阀，压力变送器通过检测测压外管路中的压力，实现对泥水舱中压力的检测，压力变送器将信号反馈到pi控制器，跟pi控制器设定的目标值进行比对，根据对比结果控制进气阀和排气阀的开启或关闭；

s3：系统在工作一段时间后中，关闭气动球阀，打开水冲洗阀，对测压外管路进行通道冲洗；

s4：当当前测压外管路发生严重堵塞时，关闭当前系统启用备用系统；然后关闭当前系统中的气动球阀，打开后手动球阀，使用疏通杆对测压外管路进行人工疏通；

s5：疏通完毕后，疏通杆后退到气动球阀右侧，关闭气动球阀，利用水冲洗阀的阀口测试通道是否通畅。

在步骤s2中，当压力变送器检测的压力低于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制进气阀进气，对气垫仓进行加压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值；当压力变送器检测的压力高于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制排气阀排气，对气垫仓进行减压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值。

本发明直接检测泥水舱压力，快速响应泥水舱顶部支撑压力，解决气垫仓内液位的上下波动影响泥水舱顶部支撑压力波动，提高泥水平衡盾构控制精度，减少操作人员操控环流系统的难度，提高隧道施工安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明管路疏通阀结构示意图。

图3为本发明控制原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，实施例1，实际使用中包括两套气垫式直接型压力平衡控制系统，一套使用，一套备用，一套气垫式直接型压力平衡控制系统包括与泥水舱1相连通的测压通道2和与气垫仓3相连通的压缩空气进排通道4，泥水舱与气垫仓之间设有顶部连通道，测压通道2上设有压力变送器5并连接有pi控制器6，压力变送器5通过测压通道检测泥水舱顶部压力，压缩空气进排通道4上设有进气阀7和排气阀8，分别用于控制空气的进气和出气，压力变送器5与pi控制器6的输入端相连接，进气阀7和排气阀8分别与pi控制器6输出端相连接。当压力变送器检测的泥水舱压力低于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制进气阀进气，对气垫仓进行加压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值；当压力变送器检测的泥水舱压力高于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制排气阀排气，对气垫仓进行减压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值。所述泥水舱1与气垫仓3之间设有前隔板9，气垫仓3的后侧设有后隔板10，测压通道2依次穿过前隔板9、后隔板10并向外延伸。前隔板9和后隔板10用于支撑测压通道2，同时起到泥水舱1与测压通道2之间的密封作用。

进一步，所述测压通道2包括测压外管路2-1，测压外管路2-1上连接有前手动球阀2-2和后手动球阀2-3，前手动球阀2-2设置在气垫仓内，后手动球阀设置在气垫仓外部，前手动球阀2-2和后手动球阀2-3之间的测压外管路2-1段设有水冲洗阀2-4和气动球阀2-5，水冲洗阀2-4连通高压水源，用于对测压外管路进行冲洗。压力变送器5位于气动球阀2-5与后手动球阀2-3之间，用于测量测压外管路2-1内的压力（即泥水舱上部的压力）。测压外管路2-1的一侧设有管路疏通阀。所述管路疏通阀包括疏通杆2-6和多层组合往复运动密封件2-7，所述疏通杆2-6设置在测压外管路2-1内部，疏通杆2-6通过多层组合往复运动密封件2-7密封在测压外管路2-1上，多层组合往复运动密封件2-7与测压外管路2-1可拆卸连接，当测压外管路发生严重堵塞时，关闭气动球阀和后手动球阀，将疏通杆装入测压通道后打开气动球阀和后手动球阀，使用疏通杆对整个测压外管路进行人工疏通。在备用系统中，疏通杆一直装在备用系统中防止测压通道在不用情况下堵塞，直到需要切换使用时才将疏通杆拔出后对泥水舱进行测压。

如图3所示，实施例2，一种气垫式直接型压力平衡控制系统，所述前隔板9上设有前管套11，后隔板10上设有后管套12，测压外管路2-1的前端与前管套11相连接，测压外管路2-1穿过后管套12向外延伸。所述疏通杆2-6的长度大于测压外管路2-1的长度，便于对测压外管路2-1进行人工疏通。疏通杆2-6与前管套11之间设有密封圈13，防止泥水舱中的泥水倒流。

进一步，所述压缩空气进排通道4包括进气管路和出气管路，进气阀7设置在进气管路上，排气阀8设置在出气管路上，进气管路上设有主减压阀14、气源处理件15和副减压阀16，主减压阀14与压缩空气气源相连通，用于向气垫仓中充气，气源处理件15实现气体的过滤，主减压阀14和副减压阀16分别与pi控制器6相连接，用于控制进气压力。出气管路上设有消音器17，降低施工噪音。

其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种气垫式直接型压力平衡控制系统的疏通方法，包括如下步骤：

s1：工作前对各部件进行调试；使各部件处于正常状态；

s2：将前手动球阀和后手动球阀打开，气动球阀开启，水冲洗阀关闭，拆掉管路疏通阀，压力变送器通过检测测压外管路中的压力，实现对泥水舱中压力的检测，压力变送器将信号反馈到pi控制器，跟pi控制器设定的目标值进行比对，根据对比结果控制进气阀和排气阀的开启或关闭；

s3：系统在工作一段时间后中，关闭气动球阀，打开水冲洗阀，对测压外管路进行通道冲洗；对测压外管路进行通道冲洗可定期进行，防止测压外管路的堵塞进而影响测量精度；

s4：当当前测压外管路发生严重堵塞时，关闭当前系统启用备用系统；然后关闭当前系统中的气动球阀，打开后手动球阀，使用疏通杆对测压外管路进行人工疏通；

s5：疏通完毕后，疏通杆后退到气动球阀右侧，关闭气动球阀，利用水冲洗阀的阀口测试通道是否通畅。若力变送器等元器件发生损坏，关闭前后手动球阀，进行拆装维修。

在步骤s2中，当压力变送器检测的压力低于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制进气阀进气，对气垫仓进行加压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值；当压力变送器检测的压力高于pi控制器设定的目标值时，pi控制器控制排气阀排气，对气垫仓进行减压，从而使泥水舱中的压力达到pi控制器设定的目标值。

其他结构与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。