一种盾构机外置气压室系统的制作方法

本实用新型涉及隧道盾构设备研究领域中的一种气压系统，特别是一种盾构机外置气压室系统。

背景技术：

密闭式盾构施工机械主要有土压平衡盾构机与泥水平衡盾构机两种形式，这两种盾构机由于抵抗掌子面土压力介质以及原理的不同，在不同性质地层中的掘进性能各有优劣。其中在对地面沉降控制要求高的富水地层中掘进，泥水平衡盾构机相较土压平衡盾构机在控制沉降上更具有优势，泥水平衡盾构机控制沉降的性能主要是体现在保持切口水压稳定的程度上。

目前市面上成型的泥水平衡盾构机主要有德系与日系两大类，其中日系盾构机对于土仓切口水压的控制，主要是通过外置阀组的开启与泥浆泵的转速调整配合来实现支护压力的控制，由中央控制系统来自动调节，切口水压波动大，因此掘进速度，地层变化，掘进深度及其掘进长度对压力控制均有影响。而德系盾构主要是通过缓冲气压室调节气压来实现支行压力的控制，由于缓冲气压室是与土仓通过底部排泥口直接相连，在实际使用过程中，储存一部分泥浆在气压室，通过设定气压调节装置的相关参数，来平衡土仓压力的波动，切口水压波动较小，但是在实际使用过程中，缓冲气压室常常由于泥浆渣土的沉积而导致堵塞，而且位于排泥口处破碎搅拌装置的损坏也会导致气压室无法正常使用，不能进行正常掘进，由于直接与土仓想连通，维修清理很不方便，每次都需要耗费大量的人力以及时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的，在于提供一种盾构机外置气压室系统，其通过增加外置气压控制装置，与原有盾构机自动控制系统进行联动，使盾构机泥水压力平衡同时具备自动控制与间接控制两种方式，从而减少故障停机的几率，实现盾构机对土仓切口水压更精确的控制。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种盾构机外置气压室系统，包括一组外置气压罐以及一套差压液位计，所述差压液位计的高压盘和低压盘分别与外置气压罐的上、下法兰盘进行密封连接，所述外置气压罐的上部通过气压管与手动球阀的一侧相连，手动球阀的另一侧通过气压管与压力平衡装置的压力输出侧进行连接，所述压力平衡装置的压力输入与空压机连接，所述外置气压罐的下部布置有与盾构平衡舱上部连接的泥浆管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外置气压罐内部分成上部的气体空间和下部的泥浆空间，所述气体空间通过气压管与手动球阀连接，所述泥浆空间与泥浆管连接，所述泥浆管上安装有气动球阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述压力平衡装置包括多个螺杆式闸阀、一组隔膜式调节阀、一组压力指示调节器、一组定位器以及多个带过滤器的减压阀，多个所述螺杆式闸阀、定位器和隔膜式调节阀串联后两端构成压力平衡装置的输出端和输入端，所述隔膜式调节阀的一端通过减压阀与压力平衡装置的输入端并联，所述压力指示调节器的第一端与压力平衡装置的输出端并联，压力指示器的第二端与隔膜式调节阀连通，压力指示器的第三端通过减压阀与压力平衡装置的输入端并联。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外置气压罐以及压力平衡装置通过托架安装在盾构机张出台。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置外置气压罐，外置气压罐的下部通过泥浆管与盾构平衡舱上部连接，在与中央控制系统的联动下，能够实现根据切口水压值的设定，实现压力平衡装置的压力输出侧的压力恒定，通过外置气压系统的气压平衡以及阀组泵体开闭与转速的配合，来保持土仓切口水压的持续稳定，同时由于系统自动控制阀组的配置，可实现气压室系统气压侧与泥浆侧能够进行独立控制，在系统出现故障需要进行维修时，可快速切换，不会影响盾构机正常的掘进，从而有效提升泥水盾构机控制沉降的能力以及掘进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中压力平衡装置工作示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图2，一种盾构机外置气压室系统，包括一组外置气压罐1以及一套差压液位计3，所述差压液位计3的高压盘与低压盘分别与外置气压罐的上下法兰盘进行密封连接，同时所述外置气压罐1的上部通过气压管11与手动球阀2的一侧相连，手动球阀2的另一侧通过气压管11与压力平衡装置4的压力输出侧4f进行连接，所述压力平衡装置4的压力输入通过空压机5产生的压缩空气提供。当然，外置气压罐1的上部还安装有压力表7和自动泄压阀8。

进一步作为优选的实施方式，所述的外置气压罐1的下部通过泥浆管10与原有盾构平衡舱6上部连通，同时通过手动球阀2以及压力平衡装置4与空压机5的出气端连通，使外置气压罐1内部形成上部为带压气体的气体腔体，其下部为泥浆空间，泥浆空间中的泥浆处于平衡状态。

进一步作为优选的实施方式，所述系统的泥浆侧安装有气动球阀9，在气压侧安装有压力平衡装置4以及手动球阀2，使系统的气压侧与泥浆侧能够独立控制，在系统出现故障需要进行维修时，可快速切换，不会影响盾构机的正常掘进，从而有效提升泥水盾构机控制沉降的能力以及盾构掘进效率。

进一步作为优选的实施方式，所述系统的气压侧安装有压力平衡装置4，所述的压力平衡装置4具有压力自动调节功能，可以实现压力输出侧4f的压力恒定。

进一步作为优选的实施方式，所述压力平衡装置4由多个螺杆式闸阀4a、一组隔膜式调节阀4b、一组压力指示调节器4c、一组定位器4d以及多个带过滤器的减压阀4e组成。

进一步作为优选的实施方式，所述压力指示调节器4c通过指针直接指示压力的同时，与设定值进行自动比较的操作来发出调节用空气压力信号，控制压力信号范围在20～100kPa。

进一步作为优选的实施方式，所述定位器4d是根据来自压力指示调节器4c的空气压力信号的压力变化所产生的作用力，对压力指示调节器4c进行吸气、排气操作，以调节相对于空气压力信号的阀开度。

进一步作为优选的实施方式，所述隔膜式调节阀4b是通过接收空气压力信号而动作的调节阀。

进一步作为优选的实施方式，所述压力平衡装置4的压力调节范围控制在0-1.05MPA之间，其中输入侧为0.28-1.05MPA，压力输出侧控制在0-0.5MPA，可实现外置气压室系统的调节压力范围最大达到500KPA。

进一步作为优选的实施方式，所述隔膜式调节阀4b根据从压力指示调节器4c发出的空气压力信号而动作,隔膜式调节阀4b的开度根据压缩空气的用量吹气量而自动调整，从而使压力输出侧4f的压力保持恒定。

进一步作为优选的实施方式，压力平衡装置4的压力输出侧4f的压力利用压力指示调节器4c来设定，通过检测管被导入压力指示调节器4c，因此如果与设定压力产生偏差，则输出至隔膜式调节阀的压力将发生变化，从而使隔膜式调节阀4b的开度发生变化，以使压力平衡装置4的压力输出侧4f的压力接近设定压力。

进一步作为优选的实施方式，所述隔膜式调节阀4b的构造是从上部通过空气压力来顶开，因此来自压力指示调节器4c的输出压力为0MPa时，隔膜式调节阀4b完全关闭，而当输出压力上升时，则向全开方向动作。隔膜式调节阀4b在输出压力为0.02MPa时开始打开，在输出压力为0.06MPa时开度为50％，在输入压力为0.1MPa时为全开。该输出压力显示在压力指示调节器4c的压力表上，以此来根据压力表推测阀的开度。

进一步作为优选的实施方式，所述压力指示调节器4c的基本动作为：检测到压力输出侧4f的压力下降时，输出至隔膜式调节阀4b的压力上升；检测到压力输出侧4f的压力上升时，则输出至隔膜式调节阀4b的压力下降。

进一步作为优选的实施方式，所述系统负载增大，压力输出侧4f的压力下降至低于设定压力时，从压力指示调节器4c输出至隔膜式调节阀4b的压力上升，隔膜式调节阀4b向打开方向移动，从而防止压力下降。相反，当系统负载减小，压力输出侧4f的压力上升至高于设定压力时，从压力指示调节器4c输出至隔膜式调节阀4b的压力下降，隔膜式调节阀4b向关闭方向移动，从而防止压力输出侧4f的压力上升，以此来实现对外置气压室系统进行压力平衡。

进一步作为优选的实施方式，所述的差压液位器3可以与压力平衡装置4、空压机5以及原盾构平衡仓6的切口水压计进行联动控制，实现外置气压室系统控制与盾构机中央控制系统的嵌入，达到中央集中联动控制的功能。

进一步作为优选的实施方式，所述系统的主要装置包括外置气压罐1以及压力平衡装置4通过托架安装在盾构机头附近张出台上，可以实现外置气压室系统跟随盾构机掘进同步移动的功能。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。