一种泥水盾构渣土计量系统及方法

1.本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种泥水盾构渣土计量系统及方法。


背景技术：

2.随着城市用地的日益紧张及城市交通压力的逐渐增大，盾构法施工以快速、环保、安全和优质等优势在我国大面积推广及应用，已成为盾构隧道的首选工法；其中，泥水盾构以其对掌子面的支护较好、对地面及建筑物的沉降影响较小、能精确快速地控制工作压力，停机保压方便及更换刀具方便等优势，更加适用于大直径隧道。
3.目前，工程领域常采用泥水盾构机中环流系统的进排浆比重差值与环流总量乘积，确定泥水盾构的排渣量，采用此种方式计量出渣量时，想要得到较为准确地数据，要求地层土质能全部溶于泥浆，否则排浆比重无法精确测量，导致误差较大；其中，地质土层为全断面粉砂或全断面粉土地层；尤其是在断面岩石含量较大或者不溶于泥浆的粘土地层，排出的泥浆内含有大量石渣或黏土球，导致密度计无法精确测量排浆粘度致使泥水盾构的排渣量无法精确计算；排渣量过多(也称超挖)对地层的破坏十分严重，轻则导致地面沉降，重者导致地面塌陷出现空洞，国内盾构施工引起的地面塌陷大多数是由于超挖引起的。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种泥水盾构渣土计量系统及其使用方法，以解决现有确定泥水盾构的排渣量时，由于排浆比重无法精确测量，导致计量结果误差较大的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.本发明提供了一种泥水盾构渣土计量系统，包括渣土箱、渣土高度传感器、计数器及控制系统；渣土箱为无盖箱体结构，用于盛装泥水分离系统排出的渣土；渣土箱的底部设置有开合闸门；渣土高度传感器设置在渣土箱的内壁预设高度处，渣土高度传感器的输出端与控制系统的输入端相连；计数器的输入端与控制系统的第一输出端相连，控制系统的第二输出端与开合闸门的控制端相连；
7.渣土高度传感器用于获取采集渣土箱内的渣土高度，并将采集的所述渣土高度信息传输至控制系统；
8.控制系统，用于将接收的所述渣土高度与预设的排渣高度比较，生成排渣指令，并发送排渣指令至计数器及开合闸门；
9.计数器，用于对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；
10.开合闸门，用于响应接收的排渣指令，执行开启或关闭动作。
11.进一步的，渣土高度传感器采用液位传感器或距离传感器；所述渣土为未溶解于泥浆的石渣或黏土球。
12.进一步的，计数器采用标准电子计数器；所述标准电子计数器在每接收一次排渣指令后，执行计数+1操作；所述标准电子计数器还设置有归零按钮。
13.进一步的，控制系统采用plc控制器。
14.进一步的，开合闸门包括对开闸门及驱动对开闸门启闭的驱动机构；对开闸门转动设置在渣土箱的底部；所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的输出端与对开闸门相连，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的控制端与控制系统的输出端相连。
15.进一步的，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构为液压驱动机构或电机驱动机构。
16.进一步的，开合闸门，还用于在执行开启动作后的预设时间间隔，执行关闭动作。
17.进一步的，所述渣土箱设置在泥水盾构的泥水分离系统的排渣口处。
18.本发明还提供了一种泥水盾构渣土计量方法，利用所述的一种泥水盾构渣土计量系统，具体包括以下步骤：
19.利用渣土箱盛装泥水分离系统排出的渣土；
20.利用渣土高度传感器实时采集渣土箱的渣土高度信息；当渣土箱中的渣土高度到达预设的排渣高度时，渣土高度传感器发送所述的渣土高度至控制系统；
21.利用控制系统，将接收的所述渣土高度与预设的排渣高度信息比较，生成排渣指令，并发送排渣指令至计数器及开合闸门；
22.利用计数器，对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；
23.当开合闸门接收到排渣指令后，执行开启或关闭动作；
24.重复上述操作，实现对泥水分离系统排出的渣土计量；
25.预设盾构掘进进度完成后，根据渣土箱的预设的排渣高度，计算所述渣土箱的设定盛装体积；
26.根据渣土箱的设定盛装体积、渣土密度与累计排渣次数，计算得到泥水分离系统排出的干渣质量，即得到所述的泥水盾构渣土计量结果。
27.进一步的，所述的泥水分离系统排出的干渣质量的计算公式，具体如下：
28.m＝v
×
ρ
×n29.其中，m为泥水分离系统排出的干渣质量，v为渣土箱的设定盛装体积，ρ为渣土密度，n为累计排渣次数。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.本发明提供了一种泥水盾构渣土计量系统及方法，通过设置渣土箱，在渣土箱的底部设置开合闸门，并在渣土箱的内部预设高度处设置渣土高度传感器；控制系统根据渣土高度传感器传送的渣土高度信息与预设的排渣高度比较，输出排渣指令；利用计数器对排渣指令进行计数，开合闸门响应排渣指令，实现将渣土箱内预设体积的渣土进行排出，根据排渣指令的计数结果及渣土的预设排渣体积，实现对泥水分离系统排出渣土的精确计量，无需考虑排浆比重，确保了计量结果的精确性，结构简单，操作方便。
32.进一步的，计数器采用标准电子计数器，通过在标准电子计数器上设置归零按钮，实现了计数过程的精确性和便捷性，满足重复计量的要求。
33.进一步的，开合闸门采用对开闸门及驱动对开闸门启闭的驱动机构组合，通过设置对开闸门，提高了渣土箱的排渣效率，结构简单，密闭性好，驱动过程简单。
附图说明
34.图1为实施例所述的泥水盾构渣土计量系统的结构框图；
35.图2为实施例所述的泥水盾构渣土计量系统的工作原理图。
36.其中，1渣土箱，2渣土高度传感器，3计数器，4控制系统，5开合闸门。
具体实施方式
37.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.本实施例提供了一种泥水盾构渣土计量系统，包括渣土箱1、渣土高度传感器2、计数器3及控制系统4；渣土箱1为无盖箱体结构；渣土箱1的底部设置有开合闸门5；渣土高度传感器2设置在渣土箱1的内壁预设高度处，渣土高度传感器2的输出端与控制系统4的输入端相连；控制系统4的第一输出端与计数器3的输入端相连，控制系统4的第二输出端与开合闸门5的控制端相连。
39.渣土箱1设置在泥水盾构的泥水分离系统的排渣口处，用于盛装泥水分离系统排出的渣土；渣土高度传感器2用于获取采集渣土箱1内的渣土高度，并将采集的所述渣土高度信息传输至控制系统4；控制系统4，用于将接收的所述渣土高度与预设的排渣高度比较，生成排渣指令，并发送排渣指令至计数器3及开合闸门5；计数器3，用于对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；开合闸门5，用于响应接收的排渣指令，执行开启或关闭动作。
40.本发明中，渣土箱1采用钢结构无盖箱体结构；渣土高度传感器2采用液位传感器或距离传感器；所述渣土为未溶解于泥浆的石渣或黏土球；计数器3采用标准电子计数器；所述标准电子计数器在每接收一次排渣指令后，执行计数+1操作；所述标准电子计数器还设置有归零按钮，通过在标准电子计数器上设置归零按钮，实现了计数过程的精确性和便捷性，满足重复计量的要求；控制系统4采用plc控制器；开合闸门5包括对开闸门及驱动对开闸门启闭的驱动机构；对开闸门转动设置在渣土箱1的底部；所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的输出端与对开闸门相连，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的控制端与控制系统4的输出端相连；优选的，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构为液压驱动机构或电机驱动机构；开合闸门5，还用于在执行开启动作后的预设时间间隔，执行关闭动作；开合闸门5采用对开闸门及驱动对开闸门启闭的驱动机构组合，通过设置对开闸门，提高了渣土箱的排渣效率，结构简单，驱动过程简单。
41.计量方法及工作原理：
42.利用本发明所述的泥水盾构渣土计量系统进行渣土计量时，具体如下：
43.利用渣土箱1盛装泥水分离系统排出的渣土；
44.利用渣土高度传感器2实时采集渣土箱1的渣土高度信息；当渣土箱1中的渣土高度到达预设的排渣高度时，渣土高度传感器2发送所述的渣土高度至控制系统4；
45.利用控制系统4，将接收的所述渣土高度与预设的排渣高度信息比较，生成排渣指令，并发送排渣指令至计数器3及开合闸门5；
46.利用计数器3，对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；
47.当开合闸门5接收到排渣指令后，执行开启或关闭动作；
48.重复上述操作，实现对泥水分离系统排出的渣土计量；
49.预设盾构掘进进度完成后，根据渣土箱1的预设的排渣高度，计算所述渣土箱1的设定盛装体积；
50.根据渣土箱1的设定盛装体积、渣土密度与累计排渣次数，计算得到泥水分离系统排出的干渣质量，即得到所述的泥水盾构渣土计量结果；其中，所述的泥水分离系统排出的干渣质量的计算公式，具体如下：
51.m＝v
×
ρ
×n52.其中，m为泥水分离系统排出的干渣质量，v为渣土箱的设定盛装体积，ρ为渣土密度，n为累计排渣次数。
53.本发明所述的泥水盾构渣土计量系统及方法，通过设置渣土箱，在渣土箱的底部设置开合闸门，并在渣土箱的内部预设高度处设置渣土高度传感器；控制系统根据渣土高度传感器传送的渣土高度信息与预设的排渣高度比较，输出排渣指令；利用计数器对排渣指令进行计数，开合闸门响应排渣指令，实现将渣土箱内预设体积的渣土进行排出，根据排渣指令的计数结果及渣土的预设排渣体积，实现对泥水分离系统排出渣土的精确计量，无需考虑排浆比重，确保了计量结果的精确性，结构简单，操作方便。
54.实施例
55.如附图1所示，本实施例提供了一种泥水盾构渣土计量系统，包括渣土箱1、渣土高度传感器2、计数器3及控制系统4；渣土箱1的底部设置有开合闸门5；渣土高度传感器2设置在渣土箱1的内壁预设高度处，渣土高度传感器2的输出端与控制系统4的输入端相连；控制系统4的第一输出端与计数器3的输入端相连，控制系统4的第二输出端与开合闸门5的控制端相连。
56.渣土箱1采用钢结构无盖箱体结构，渣土箱1设置在泥水盾构的泥水分离系统的排渣口处，用于盛装泥水分离系统排出的渣土。
57.渣土高度传感器2用于获取采集渣土箱1内的渣土高度，并将采集的所述渣土高度信息传输至控制系统4；其中，渣土高度传感器2采用液位传感器或距离传感器。
58.计数器3，用于对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；计数器3采用标准电子计数器；所述标准电子计数器在每接收一次排渣指令后，执行计数+1操作；所述标准电子计数器还设置有归零按钮。
59.控制系统4，用于将接收的所述渣土高度与预设的排渣高度比较，生成排渣指令，并发送排渣指令至计数器3及开合闸门5；其中，控制系统4采用plc控制器。
60.开合闸门5，用于响应接收的排渣指令，执行开启或关闭动作；其中，开合闸门5在执行开启动作后的预设时间间隔，执行关闭动作。
61.本实施例中，开合闸门5包括对开闸门及驱动对开闸门启闭的驱动机构；对开闸门转动设置在渣土箱1的底部；所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的输出端与对开闸门相连，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构的控制端与控制系统4的输出端相连；其中，所述驱动对开闸门启闭的驱动机构为液压驱动机构或电机驱动机构。
62.本实施例中，渣土箱1为钢结构无盖箱体，渣土箱1的底部设置开合闸门5；开合闸门5为自动开合闸门；将渣土箱1安装在泥水盾构的泥水分离系统的排渣口处，泥水分离系统排出的渣土处理完成后落入渣土箱1内。
63.渣土高度传感器2采用液位传感器或距离传感器；使用时，将所述渣土高度传感器
2安装在渣土箱的内壁上预设高度位置处，并将渣土高度传感器2与控制系统4相连；渣土高度传感器2实时采集渣土箱1内的渣土高度，传输采集的渣土高度信息至控制系统4。
64.计数器3采用标准电子计数器，通过设置归零按钮，可进行手动归零操作，使用时，将计数器3与控制系统4相连，计数器3，用于对接收的排渣指令进行计数，得到累计排渣次数；控制系统4采用plc控制系统，能够实现重新编码；使用时，将控制系统4与渣土高度传感器2、计数器3及开合闸门5相连；控制系统4将接收到渣土高度与预设的排渣高度进行比较，当接收到的渣土高度到达预设的排渣高度时，控制系统4生成排渣指令，并传送至计数器3及开合闸门5。
65.开合闸门5采用液压或电动方式驱动，开合闸门5的控制端与控制系统4连接，每当接收到控制系统4的排渣指令时，开合闸门5自动打开，使渣土箱1内的渣土排空，4秒后控制系统4再次发出指令使开合闸门5闭合。
66.本实施例中，开合闸门5的开合时间可根据泥浆处理设备的出渣速度和渣土箱1内的渣土漏出速度进行调整。
67.计量方法及工作原理：
68.本实施例所述的泥水盾构渣土计量系统，使用前，将渣土箱1安装在在泥水盾构的泥水分离系统的排渣口处，然后将渣土高度传感器2安装在渣土箱1的预定位置，在渣土箱1底部安装开合闸门5；之后，将控制系统4分别与渣土高度传感器2、计数器3及开合闸门的控制端均相连。
69.如附图2所示，使用时，开合闸门5关闭，泥水盾构的泥水分离设备处理完成后的渣土落入渣土箱1内，渣土高度传感器2检测到渣土高度信号，传输给控制系统4；控制系统4根据渣土高度判断结果，分别向计数器3及开合闸门5发送排渣指令；计数器3接收到排渣指令后，执行计数操作；开合闸门5接收到排渣指令后闸门打开4秒，使渣土箱1内的渣土漏出；4秒后开合闸门5自动关闭；重复上述计量过程；泥水盾构一环掘进完成后，计算渣土箱1的设定排渣体积与累计排渣次数，得到泥浆内干渣的准确质量。
70.本实施例中，用于计量不溶于泥浆的渣土；同时部分溶于泥浆内的渣土，采用在排浆管上安装密度计或者人工测量进排浆密度，采用密度的差值乘以泥浆总量的方式计算。
71.本发明所述的计量系统及方法，利用计数器对排渣指令进行计数，开合闸门响应排渣指令，实现将渣土箱内预设体积的渣土进行排出，根据排渣指令的计数结果及渣土的预设排渣体积，实现对泥水分离系统排出渣土的精确计量，无需考虑排浆比重；具有可重复使用、安装简单及计量准确的特点。
72.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。