一种用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置及方法与流程

1.本发明涉及土压平衡式盾构机领域。更具体地说，本发明涉及一种用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置及方法。


背景技术：

2.伴随着城市轨道交通的逐步发展，盾构法作为一种安全、便捷的施工方法越来越得到广泛的应用。当使用土压平衡式盾构机在粘性土层中进行施工时，刀盘处非常容易产生泥饼，造成盾构切削扭矩增大，掘进速度下降，同时造成土仓内温度升高，严重影响盾构机的使用寿命。在传统的解决方案中，需要先将盾构机停机，再进行开仓检查，一方面频繁开仓检查会延长工期，提高施工成本，另一方面盾构机长时间的静置会增大对地层的扰动，容易引发开挖面失稳以及地面塌陷等事故。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置，包括：
5.盾构机，其包括刀盘、回转机构、土仓壁和螺旋机；所述回转机构与土仓壁转动连接，所述刀盘与所述回转结构固定连接，所述刀盘与所述土仓壁上均开设有多个注入口；所述刀盘与所述土仓壁之间形成土仓，所述螺旋机的进土口设置在所述土仓内部，其出土口设置在所述土仓外部；
6.土渣温度监测装置，其设置在所述盾构机内部，用以监测所述盾构机内部的土渣温度；
7.管路系统，其包括工业水支路、过氧化氢溶液支路和泡沫剂支路，所述管路系统与各所述注入口连通；
8.控制元件，其分别与所述土渣温度监测装置和所述管路系统连接，并根据所述土渣温度监测装置监测的温度，控制所述管路系统向各所述注入口中注入工业水、泡沐或者泡沐与过氧化氢混合液。
9.优选的是，所述土渣温度监测装置包括多个接触式温度传感器和非接触式温度传感器；所述螺旋机靠近其出土口的内壁上设置有环形的凹槽，多个所述接触式温度传感器分别设置在所述土仓壁朝向所述刀盘的一侧和所述凹槽内；所述螺旋机的出土口下方设置有皮带机，所述非接触式温度传感器设置在所述皮带机的上方。
10.优选的是，所述凹槽靠近所述出土口的一端向所述出土口轴线方向倾斜形成斜面部。
11.优选的是，工所述业水支路包括工业水系统、水阀和第一流量调控装置，所述水阀和所述第一流量调控装置依次设置在与所述工业水系统连通的管路上；所述泡沫剂支路包括泡沫剂箱和第二流量调控装置，所述第二流量调控装置设置在与泡沫剂箱连通的管路
上；所述过氧化氢溶液支路包括过氧化氢溶液箱和第三流量调控装置，所述第三流量调控装置设置在与所述氧化氢溶液箱连通的管路上。
12.优选的是，所述管路系统还包括泡沫混合支路，所述泡沫混合支路包括泡沫发生器以及第四流量调控装置，所述第四流量调控装置设置在与所述泡沫发生器的输出端连通的管路上；所述泡沫发生器的输入端分别与所述第一流量调控装置和所述第二流量调控装置连接。
13.优选的是，所述管路系统还包括泡沐与过氧化氢混合液支路，所述泡沐与过氧化氢混合液支路包括混合箱和第五流量调控装置，所述第五流量调控装置设置在与所述混合箱的输出端连通的管路上，且所述第五流量调控装置与各所述注入口通过管路连通；所述混合箱的输入端分别与所述第四流量调控装置和所述第三流量调控装置连连通。
14.优选的是，所述混合箱内还安装有搅拌器。
15.优选的是，所述第一流量调控装置、所述第二流量调控装置、所述第三流量调控装置、所述第四流量调控装置和所述第五流量调控装置均包括流量调控单元，所述流量调控单元包括沿管路流向方向依次设置的水泵、电动调节阀和流量计，所述水泵、所述电动调节阀和所述流量计分别与所述控制元件连接。
16.优选的是，所述流量调控单元还包括逆止阀，所述逆止阀设置在所述流量计远离所述电动调节阀的一端。
17.本发明还有一个目的是提供一种使用用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置的防泥饼方法，包括以下步骤：
18.步骤s1、在盾构机上安装土渣温度监测装置和管路系统；
19.步骤s2、盾构机开始工作后，土渣温度监测装置实时监测所述盾构机内的土渣温度；
20.步骤s3、当土渣温度监测装置测得的土渣温度≤35℃时，管路系统不参与盾构机的工作；当35℃＜土渣温度≤40℃时，进入步骤s4；当40℃＜土渣温度≤45℃时，进入步骤s5；当45℃＜土渣温度≤50℃，进入步骤s6；当土渣温度＞50℃时，将盾构机停机进行检查；
21.步骤s4、依次通过第一流量调控装置、第四流量调控装置和第五流量调控装置将工业用水系统中的水泵入泡沫发生器后，又进一步泵入混合箱，最终被泵入各注入口中；
22.步骤s5、通过第一流量调控装置和第二流量调控装置同时将水和泡沫剂泵入泡沫发生器中，生成泡沫后通过第四流量调控装置泵入混合箱中，再通过第五流量调控装置泵入各注入口中；
23.步骤s6、通过第一流量调控装置和第二流量调控装置同时将水和泡沫剂泵入泡沫发生器中，生成泡沫后通过第四流量调控装置泵入混合箱中，并且通过第三流量调控装置将过氧化氢溶液也泵入混合箱中，在混合箱中形成泡沐与过氧化氢混合液后，通过第五流量调控装置泵入各注入口中。
24.本发明至少包括以下有益效果：
25.本发明提供的用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置及方法，通过在螺旋机出土口设置土渣温度监测装置来监测土渣的温度，根据土渣的温度判断土仓内土渣的板结情况，并根据不同的温度情况，通过管路系统向刀盘和土仓壁上的注入口内泵入不同改良剂，实现防止泥饼产生的目的，大幅减少了盾构机停机以及开仓检查的次数和时间，有效避免了
在实际施工过程中土渣改良的繁琐步骤，从而保证了施工工期以及施工质量。
26.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
27.图1为本发明一实施例中所述防泥饼装置的结构示意图；
28.图2为图1的a处局部放大图；
29.图3为本发明上述实施例中所述防泥饼方法的流程图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.如图1～图2所示，本发明提供一种用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置，包括：
33.盾构机1，其包括刀盘11、回转机构13、土仓壁12和螺旋机15；所述回转机构13与土仓壁12转动连接，所述刀盘11与所述回转结构13固定连接，所述刀盘11与所述土仓壁12上均开设有多个注入口14；所述刀盘11与所述土仓壁12之间形成土仓，所述螺旋机15的进土口设置在所述土仓内部，其出土口设置在所述土仓外部；
34.土渣温度监测装置2，其设置在所述盾构机1内部，用以监测所述盾构机1内部的土渣温度；
35.管路系统，其包括工业水支路32、过氧化氢溶液支路31和泡沫剂支路33，所述管路系统与各所述注入口14连通；
36.控制元件，其分别与所述土渣温度监测装置2和所述管路系统连接，并根据所述土渣温度监测装置2监测的温度，控制所述管路系统向各所述注入口中注入工业水、泡沐或者泡沐与过氧化氢混合液。
37.在这种技术方案中，所述盾构机1在盾构推进时，其前端的所述刀盘11在所述回转结构13的带动下旋转掘削地层土体，切削下来的土渣进入所述土仓，再通过所述螺旋机15将土渣向外输送。所述盾构机1还包括常规土压平衡式盾构机具有的前盾、中盾、盾尾以及电气系统、动力系统等结构，再此不做赘述。由于土压平衡式盾构机出渣时候的土渣温度与土仓内温度、土渣的板结情况等息息相关，正常情况下土渣温度应约为30-35摄氏度，当温度高于35摄氏度时，就有可能产生泥饼。因此在所述盾构机内设置所述土渣温度监测装置2来测量所述盾构机内部的土渣温度。并通过测得的温度，判断所述土仓内土渣的板结情况。所述控制元件接收所述土渣温度监测装置2测量的温度数据，所述控制元件可以选用plc控制器或者其与工控机的结合，在此不做限定，所述控制元件满足能够接收数据，并进行相关
的逻辑运算和逻辑控制即可。所述控制元件控制所述管路系统中的所述工业水支路32、所述过氧化氢溶液支路31或所述泡沫剂支路33，向所述刀盘11以及所述土仓壁12上的各所述注入口14内注入工业水、泡沐或者泡沐与过氧化氢混合液这三种改良剂，通过各所述注入口14将改良剂注入到掘进面以及所述土仓中的土渣中，改变土渣的性质，使其不结成泥饼或者对已结成的板结度不高的泥饼进行分散，实现根据所述土仓内的土渣板结情况的不同，提供不同的改良剂，达到改良土渣以及防治泥饼生成的目的。在此过程中，只有当所述土渣温度监测装置2测量到所述盾构机1内的土渣温度高于50℃，才需要对所述盾构机1进行停机检查。因此，所述防泥饼装置大幅减少了所述盾构机1停机以及开仓检查的次数和时间，有效避免了在实际施工过程中土渣改良的繁琐步骤，从而保证了施工工期以及施工质量。
38.在另一种实施例中，所述土渣温度监测装置2包括多个接触式温度传感器21和非接触式温度传感器；所述螺旋机15靠近其出土口的内壁上设置有环形的凹槽151，多个所述接触式温度传感器21分别设置在所述土仓壁12朝向所述刀盘11的一侧和所述凹槽151内；所述螺旋机15的出土口下方设置有皮带机，所述非接触式温度传感器设置在所述皮带机的上方。
39.在这种技术方案中，通过设置在所述土仓壁12朝向所述刀盘11的一侧的所述接触式温度传感器21直接测量所述土仓内土渣的温度。考虑到所述土仓壁12上还包括其他电气设备，这些设备工作时产生的热量会影响所述土仓壁12上的温度传感器21的测量精度，因此在所述螺旋机15的出土口的所述凹槽151内同样设置所述温度传感器21，对出土口处的土渣温度进行测量。进一步地，所述螺旋机15的出土口下方设置有皮带机，用于将土渣继续输送出所述盾构机1外部，因此在所述皮带机的上方设置所述非接触时温度传感器，用以测量所述皮带机上的土渣温度。然后取这三个测量点测量的土渣温度的均值代表所述土渣温度监测装置2测量的所述盾构机1内的土渣温度，即为判断所述土仓内结泥饼情况的参考值。
40.在另一种实施例中，所述凹槽151靠近所述出土口的一端向所述出土口轴线方向倾斜形成斜面部。通过设置所述斜面部以防止土渣在所述凹槽151内堆积，影响所述温度传感器21的测量精度。
41.在另一种实施例中，所述工业水支路32包括工业水系统321、水阀322和第一流量调控装置323，所述水阀322和所述第一流量调控装置323依次设置在与所述工业水系统321连通的管路上；所述泡沫剂支路33包括泡沫剂箱331和第二流量调控装置332，所述第二流量调控装置332设置在与泡沫剂箱331连通的管路上；所述过氧化氢溶液支路33包括过氧化氢溶液箱311和第三流量调控装置312，所述第三流量调控装置312设置在与所述氧化氢溶液箱311连通的管路上。
42.在这种技术方案中，与所述工业水系统321连通的管路、与泡沫剂箱331连通的管路以及与所述氧化氢溶液箱311连通的管路分别与各所述注入口14连通。考虑到管路连接的简便性，可在各注入口与所述管路系统之间设置连接接口36。所述第一流量调控装置323、所述第二流量调控装置332和所述第三流量调控装置312分别与所述控制元件连接，并根据所述控制元件发出的指令将水、泡沫剂或者过氧化氢溶液分别从工业水系统321、泡沫剂箱331或者过氧化氢溶液箱311泵入与各所述注入口14连通的管路中，并调整泵入的流
量。
43.在另一种实施例中，所述管路系统还包括泡沫混合支路34，所述泡沫混合支路34包括泡沫发生器343以及第四流量调控装置344，所述第四流量调控装置344设置在与所述泡沫发生器343的输出端连通的管路上；所述泡沫发生器343的输入端分别与所述第一流量调控装置323和所述第二流量调控装置332连接。
44.在这种技术方案中，所述泡沫混合支路34分别与所述工业水支路32和所述泡沫剂支路33连通。通过所述泡沫混合支路34使得注入各所述注入口14的为以及混合好的泡沫，以保证对所述刀盘11和所述土仓内的土渣的改良效果。当需要对各所述注入口14注入泡沫时，通过所述控制元件控制所述第一流量调控装置323和所述第二流量调控装置332同时将水和泡沫剂泵入所述泡沫发生器343中，通过所述泡沫发生器343将二者混合生产泡沫，然后通过所述第四流量调控装置344将泡沫泵入各所述注入口14。当仅需要对各所述注入口14注入水时，也可以先通过所述第一流量调控装置323将水从所述工业水系统321中泵入所述泡沫发生器343中，再通过所述第四流量调控装置344将水注入各所述注入口14。
45.在另一种实施例中，所述管路系统还包括泡沐与过氧化氢混合液支路35，所述泡沐与过氧化氢混合液支路35包括混合箱352和第五流量调控装置353，所述第五流量调控装置353设置在与所述混合箱352的输出端连通的管路上，且所述第五流量调控装置353与各所述注入口通过管路连通；所述混合箱352的输入端分别与所述第四流量调控装置344和所述第三流量调控装置312连连通。
46.在这种技术方案中，所述泡沐与过氧化氢混合液支路35分别与所述泡沫混合支路34和所述过氧化氢溶液支路33连通。通过所述泡沐与过氧化氢混合液支路35使得注入各所述注入口14的为以及混合好的泡沫与过氧化氢混合液，以保证对所述刀盘11和所述土仓内的土渣的改良效果。当需要对各所述注入口14注入泡沫与过氧化氢混合液时，先通过所述泡沫混合支路34生产混合好的泡沫，然后通过所述控制元件控制所述第四流量调控装置344和所述第三流量调控装置312同时将泡沫和过氧化氢溶液泵入所述混合箱352，在所述混合箱352中混合后得到泡沫与过氧化氢混合液，再通过所述第五流量调控装置353泵入各所述注入口14。当仅需要向各注入口注入泡沫时，可以先所述泡沫混合支路34生产混合好的泡沫，然后通过所述第四流量调控装置344和所述第五流量调控装置353依次将泡沫泵入所述混合箱352和各所述注入口14。当仅需要对各所述注入口14注入水时，通过所述第一流量调控装置323、所述第四流量调控装置344和所述第五流量调控装置353依次将水从所述工业水系统321泵入所述泡沫发生器343、所述混合箱352和各所述注入口14。
47.在另一种实施例中，所述混合箱352内还安装有搅拌器351。通过所述搅拌器351将所述混合箱352内的液体混合均匀。
48.在另一种实施例中，所述第一流量调控装置323、所述第二流量调控装置332、所述第三流量调控装置312、所述第四流量调控装置344和所述第五流量调控装置353均包括流量调控单元30，所述流量调控单元30包括沿管路流向方向依次设置的水泵301、电动调节阀302和流量计303，所述水泵301、所述电动调节阀302和所述流量计303分别与所述控制元件连接。
49.在这种技术方案中，所述水泵301用于输送液体，所述电动调节阀302根据所述流量计303测量的数据调节流量的大小。因此通过所述第一流量调控装置323、所述第二流量
调控装置332、所述第三流量调控装置312、所述第四流量调控装置344和所述第五流量调控装置353可以实现对水、泡沫以及泡沫与过氧化氢混合液的流量控制；通过所述第一流量调控装置323、所述第二流量调控装置332、所述第三流量调控装置312、所述第四流量调控装置344还可以实现对泡沫、泡沫与过氧化氢混合液两种改良剂的配比进行控制。
50.在另一种实施例中，所述流量调控单元30还包括逆止阀304，所述逆止阀304设置在所述流量计303远离所述电动调节阀302的一端。通过所述逆止阀304可以防止由所述水泵301倒转等原因引起的液体逆流。
51.如图3所示，本发明还提供了一种使用用于土压平衡式盾构机的防泥饼装置的防泥饼方法，包括以下步骤：
52.步骤s1、在盾构机1上安装土渣温度监测装置2和管路系统；
53.步骤s2、盾构机1开始工作后，土渣温度监测装置2实时监测所述盾构机1内的土渣温度；
54.步骤s3、当土渣温度监测装置2测得的土渣温度≤35℃时，管路系统不参与盾构机的工作；当35℃＜土渣温度≤40℃时，进入步骤s4；当40℃＜土渣温度≤45℃时，进入步骤s5；当45℃＜土渣温度≤50℃，进入步骤s6；当土渣温度＞50℃时，将盾构机1停机进行检查；
55.步骤s4、依次通过第一流量调控装置323、第四流量调控装置344和第五流量调控装置353将工业用水系统中的水泵入泡沫发生器343后，又进一步泵入混合箱352，最终被泵入各注入口14中；
56.步骤s5、通过第一流量调控装置323和第二流量调控装置332同时将水和泡沫剂泵入泡沫发生器343中，生成泡沫后通过第四流量调控装置344泵入混合箱352中，再通过第五流量调控装置353泵入各注入口14中；
57.步骤s6、通过第一流量调控装置323和第二流量调控装置332同时将水和泡沫剂泵入泡沫发生器343中，生成泡沫后通过第四流量调控装置344泵入混合箱352中，并且通过第三流量调控装置312将过氧化氢溶液也泵入混合箱352中，在混合箱352中形成泡沐与过氧化氢混合液后，通过第五流量调控装置353泵入各注入口14中。
58.在这种技术方案中，由于土压平衡式盾构机出渣时候的土渣温度与土仓内温度、土渣的板结情况等息息相关，正常情况下土渣温度应约为30-35摄氏度，当温度高于35摄氏度时，就有可能产生泥饼。因此通过监测土渣温度，并即时处置开挖面前方土渣，就可以在很大程度上预防泥饼的形成。当所述土渣温度监测装置2所测得的所述出土口的土渣温度小于35℃时，土渣基本不存在板结情况，此时管路系统不参与盾构机的工作，盾构机正常运行；当所述土渣温度监测装置2所测得土渣温度介于35℃与40℃之间时，土渣板结情况较轻，只需向各所述注入口14注入水即可；当所述土渣温度监测装置2所测得土渣温度介于40℃与45℃之间时，土渣板结情况较重，需要向各所述注入口14注入泡沫，以对土渣进行改良，并分散泥饼；当所述土渣温度监测装置2所测得土渣温度介于45℃与50℃之间时，土渣板结情况严重，需要向各所述注入口14注入泡沐与过氧化氢混合液，进一步改良土渣，分散泥饼；当所述土渣温度监测装置2所测得土渣温度大于50℃时，才需要对盾构机进行停机检查，查看具体原因。
59.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。