泥水式TBM与泥水平衡式盾构机的制作方法

本发明专利涉及盾构机领域，特别是涉及一种泥水式TBM和泥水平衡式盾构机。

背景技术：

常见的盾构机分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构、硬岩隧道掘进机(简称TBM)。土压平衡式盾构的基本原理是由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土舱，土舱内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土舱内的螺旋输送机出土，螺旋输送机出土口在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土；泥水平衡式盾构的基本原理是在盾构机正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，实现开挖面稳定，并以安装在正面的刀盘切削土体，渣土与泥浆混合后形成高密度泥浆，用排泥泵及管道输送至地面处理；敞开式TBM盾构的基本原理是在常压状态下，通过巨大的推力，刀盘刀具破碎岩石，破碎后的岩石进入土仓，随刀盘的溜渣槽旋转，溜至中心皮带机集渣斗再向后输送而排出，适用于硬岩地质条件，有较好自稳性，可边支护边推进，实现高效掘进。

现有盾构机的掘进方式只能为土压平衡式、泥水平衡式、敞开式TBM盾构其中一种，因此盾构机适应地层变化的工作能力受到极大限制，现阶段我国城市轨道交通、引水隧道、电力隧道大力发展，隧道穿越地区地质变化较大，在大量的复杂地段，单一掘进方式的盾构机容易出现掘进困难，施工工期长，增加工程成本等缺陷，对轨道交通建设造成不利影响，特别是对于由硬岩地层与局部含泥沙富水地层或断裂带地层进行掘进时，单一模式掘进困难，现有技术有待改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够根据不同地层条件和施工需要进行多模式快速一键互相切换，且不拆装任何部件，不改变刀盘结构，在泥水平衡和常压状态下，均可以通过泥水环流系统，在隧道内外快速从土仓分离出破碎岩石的集泥水式TBM与泥水平衡式盾构机于一体的盾构机械。

本发明的技术方案如下:

一种泥水式TBM和泥水平衡式盾构机，包括刀盘、主驱动、土仓、前盾、中盾、尾盾和推进油缸，其特征在于：所述刀盘与主驱动之间采用封闭式结构，主驱动中心封闭区域设置有回转接头；所述前盾和中盾之间设置有稳定器，前盾隔板上连通着两组进浆口；还同时设置有双模掘进系统即泥水式TBM盾构模式系统和泥水平衡式盾构模式系统，其中：泥水平衡式盾构模式系统包括泥水输送分离系统和进浆口A1，泥水式TBM盾构模式系统包括渣浆分离装置和进浆口A2，泥水式TBM盾构模式系统和泥水平衡式盾构模式系统二者共用排渣口、泥浆环流阀组。

上述排渣口出口处经泥浆环流阀组分别与并联管路渣浆分离装置、泥水输送分离系统间接连通，并联管路渣浆分离装置和泥水输送分离系统二者的出口端经泥浆环流阀组分别与进浆口间接连通。

上述渣浆分离装置和泥水输送分离系统二者是并联管路。

上述渣浆分离装置在泥水式TBM盾构模式系统下运行，泥水输送分离系统在泥水式TBM盾构模式系统下运行。

上述泥水平衡式盾构模式系统包括排渣口、球阀MV2、泥浆环流阀组3、球阀MV2-1、采石箱、泥浆泵P2、泥水输送分离系统4、球阀MV1-1和进浆口A1，其中：

所述排渣口、球阀MV2、球阀MV2与球阀MV2-1之间的泥浆环流阀组、球阀MV2-1、采石箱、泥浆泵P2、泥水输送分离系统、泥水输送分离系统与球阀MV1-1之间的泥浆环流阀组、球阀MV1-1、进浆口A1依次连通；

所述球阀MV2、球阀MV2-1、球阀MV2-3、球阀MV1-3、球阀MV1-1均处于打开状态；

所述泥水输送分离系统包括球阀MV2-3、泥浆泵Pn1、Pn2……PE、地面振动筛分设备、泥浆泵P1、球阀MV1-3；球阀MV2-3、泥浆泵Pn1、Pn2……PE、地面振动筛分设备、泥浆泵P1、球阀MV1-3依次连通；

所述地面振动筛分设备的入口端及泥浆泵P1的出口端均设置有密度计。密度计监测泥浆的质量，通过反馈信息，控制和调节分离后的泥浆使其符合使用要求，然后再向隧道内输送并循环使用。

上述泥水式TBM盾构模式系统包括排渣口、球阀MV2、泥浆环流阀组、球阀MV2-2、泥浆泵P2、渣浆分离装置、球阀MV1-2和进浆口A2，其中：

所述排渣口、球阀MV2、球阀MV2与球阀MV2-2之间的泥浆环流阀组、球阀MV2-2、泥浆泵P2、渣浆分离装置、渣浆分离装置与球阀MV1-2之间的泥浆环流阀组、球阀MV1-2和进浆口A2依次连通；

所述球阀MV2、球阀MV2-2、球阀MV1-2均处于打开状态。

上述渣浆分离装置包括并行设置的多个渣浆分离器和一个泥浆处理机；每组渣浆分离器的输入、输出端分别与球阀MTn、球阀MTn-1连通，泥浆处理机的输入、输出端分别与球阀MT0、球阀MT0-1连通；渣浆分离器的输入端与泥浆泵P2连通，渣浆分离器的输出端经球阀MTn-1后分别与球阀MTt、泥浆处理机的输入端球阀MT0连接；泥浆处理机的输出端球阀MT0-1、球阀MTt均经泥浆泵P1a与球阀MV1-2连通。

上述进浆口包括进浆口A1和进浆口A2；泥水输送分离系统出口端经泥浆环流阀组与上部进浆口A1间接连通；渣浆分离装置出口端经泥浆环流阀组与下部进浆口A2间接连通。

上述刀盘是硬岩TBM刀盘。

本发明的有益效果：一是实现泥水式TBM盾构模式和泥水平衡式盾构模式的快速切换，特别适应硬岩地层与局部含泥沙富水地层或断裂带地层的状况施工，工作模式一键切换，无须拆装任何部件；二是泥水式TBM盾构模式实现硬岩掘进状态下因泥水式结构实现快速冷却刀具，从而减少刀具磨损；三是在常压状态下，不需要泥水平衡状态，采用泥水式TBM盾构模式使用泥浆环流系统，在台车上的渣浆分离装置将土仓内碎渣分离出来的先进功能，实现较短距离、快速循环的工作效率，排渣效率高，从而减少刀具二次磨损；四是在泥水平衡条件下，采用泥水平衡式盾构模式，使用泥浆环流系统，因不需要在隧道内设置泥渣水平运输设备，易于长距离盾构施工；五是同比TBM盾构机，使用泥浆环流系统排碎渣方式，不需要硬岩TBM配置的除尘降噪的设置，无粉尘，可保持洞内安全清洁施工的良好状态；六是设置有稳定器，且土仓内部充满泥水，且与泥浆环流系统连通，有利于稳定盾体。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是泥水平衡式盾构模式结构示意图。

图3是泥水平衡式盾构模式工作部件结构示意图。

图4是泥水式TBM盾构模式结构示意图。

图5是泥水式TBM盾构模式工作部件结构示意图。

其中：1、刀盘；12、主驱动；13、前盾；14、中盾；15、尾盾；16、推进油缸；17、稳定器；18、回转接头；21、土仓；22、进浆口；23、进浆口A1；24、进浆口A2；25、排渣口；26、泥饼探测口；27、高压水冲洗口；3、泥浆环流阀组；4、泥水输送分离系统；4.1、地面振动筛分设备；5、渣浆分离装置；5.1、渣浆分离器；5.2、泥浆处理机；5.3、渣车箱；5.4、分离器开关油缸；5.5、分离器升降油缸；5.6、泥浆池；6.1、采石箱。

具体实施方式

为更清楚地说明本发明的内容，下面结合附图和具体实施方式作进一步的描述。

如图1所示，一种泥水式TBM和泥水平衡式盾构机，包括刀盘11、主驱动12、土仓21、前盾13、中盾14、尾盾15和推进油缸16，所述刀盘11与主驱动12之间采用封闭式结构，主驱动12中心封闭区域设置有回转接头18；所述前盾13和中盾14之间设置有稳定器17，前盾13隔板上连通着两组进浆口22；还同时设置有双模掘进系统即泥水式TBM盾构模式系统和泥水平衡式盾构模式系统，其中：泥水平衡式盾构模式系统包括泥水输送分离系统4和进浆口A123，泥水式TBM盾构模式系统包括渣浆分离装置5和进浆口A224，泥水式TBM盾构模式系统和泥水平衡式盾构模式系统二者共用排渣口25、泥浆环流阀组3；所述排渣口25出口处经泥浆环流阀组3分别与并联管路渣浆分离装置5、泥水输送分离系统4间接连通，并联管路渣浆分离装置5和泥水输送分离系统二者的出口端经泥浆环流阀组3分别与进浆口22间接连通。推进油缸16在中盾14内圆周均匀分布，中盾14后部设置有尾盾15。刀盘背部无刮渣板及溜渣槽的设置。本实施例符合泥水平衡式盾构的基本形态，其特征在于前盾底部无锥形板结构，保留了稳定器的设置，主驱动结构符合硬岩TBM的基本形态，其特征在于中心区域为封闭状态，无中心皮带机及配套机构的设置，保留了中心回转接头的设置；后配套结构符合泥水平衡式盾构的基本形态，其特征在于满足泥水式TBM和泥水平衡式盾构双模掘进功能所设置的配套设备。

如图2和图3所示，泥水平衡式盾构模式系统包括排渣口25、球阀MV2、泥浆环流阀组3、球阀MV2-1、采石箱6.1、泥浆泵P2、泥水输送分离系统4、球阀MV1-1和进浆口A123，其中：

所述排渣口25、球阀MV2、球阀MV2与球阀MV2-1之间的泥浆环流阀组3、球阀MV2-1、采石箱6.1、泥浆泵P2、泥水输送分离系统4、泥水输送分离系统4与球阀MV1-1之间的泥浆环流阀组3、球阀MV1-1、进浆口A123依次连通；

所述球阀MV2、球阀MV2-1、球阀MV2-3、球阀MV1-3、球阀MV1-1均处于打开状态；

所述泥水输送分离系统4包括球阀MV2-3、泥浆泵Pn1、Pn2……PE、地面振动筛分设备4.1、泥浆泵P1、球阀MV1-3；球阀MV2-3、泥浆泵Pn1、Pn2……PE、地面振动筛分设备4.1、泥浆泵P1、球阀MV1-3依次连通；

所述地面振动筛分设备4.1的入口端及泥浆泵P1的出口端均设置有密度计，密度计监测泥浆的质量，通过反馈信息，控制和调节分离后的泥浆使其符合使用要求，然后再向隧道内输送并循环使用。

如图4和图5所示，泥水式TBM盾构模式系统包括排渣口25、球阀MV2、泥浆环流阀组3、球阀MV2-2、泥浆泵P2、渣浆分离装置5、球阀MV1-2和进浆口A224，其中：

所述排渣口25、球阀MV2、球阀MV2与球阀MV2-2之间的泥浆环流阀组3、球阀MV2-2、泥浆泵P2、渣浆分离装置5、渣浆分离装置5与球阀MV1-2之间的泥浆环流阀组3、球阀MV1-2和进浆口A224依次连通；

所述球阀MV2、球阀MV2-2、球阀MV1-2均处于打开状态。

上述渣浆分离装置5包括并行设置的多个渣浆分离器5.1和一个泥浆处理机5.2；每组渣浆分离器5.1的输入、输出端分别与球阀MTn、球阀MTn-1连通，泥浆处理机5.2的输入、输出端分别与球阀MT0、球阀MT0-1连通；渣浆分离器5.1的输入端与泥浆泵P2连通，渣浆分离器5.1的输出端经球阀MTn-1后分别与球阀MTt、泥浆处理机5.2的输入端球阀MT0连接；泥浆处理机5.2的输出端球阀MT0-1、球阀MTt均经泥浆泵P1a与球阀MV1-2连通。

如图1所示，进浆口22包括进浆口A123和进浆口A224；泥水输送分离系统4出口端经泥浆环流阀组3与上部进浆口A123间接连通；渣浆分离装置5出口端经泥浆环流阀组3与下部进浆口A224间接连通。刀盘11是硬岩TBM刀盘。

主驱动12是按满足硬岩地层掘进功能配置的主轴承、减速机、马达设备。

作为本技术优选的实施方式，在泥水式TBM盾构机掘进模式，其在常压状态下，不需要泥水平衡状态，可以使用泥浆环流系统，在台车上的渣浆分离装置5将土仓21内碎渣分离，实现台车上将土仓内碎渣分离出来的先进功能。

作为本技术优选的实施方式，在该盾构机后配套台车上，配置渣浆分离器5.1和泥浆处理机5.2，实现较短距离、快速循环的工作效率。

作为本技术优选的实施方式，泥水式TBM盾构机掘进模式，泥浆不需要较高质量及密度的泥浆，可选择水或带浮力的流体类物质。

如图1～图5所示，具体运行时候，不拆装任何部件，泥水平衡式盾构模式和泥水式TBM盾构模式二者可快速一键互相切换,其中：泥水平衡式盾构模式系统工作时，在泥水平衡的条件下，刀盘11切削的碎渣汇集在土仓21内，混合调节成一定比例的渣浆，通过前盾13底部排渣口25，打开并通过球阀MV2，关闭球阀MV3，通过泥浆环流阀组3，关闭球阀MV2-2，打开并通过球阀MV2-1，通过采石箱6.1，通过泥浆泵P2，关闭球阀MT1、MT2、MT3……MTn，打开并通过球阀MV2-3，通过换管装置，依次通过泥浆泵Pn1、Pn2……PE中继和加载输送力，将渣浆排至地面振动筛分设备4.1，经过处理实现碎渣和泥浆分离的效果；启动泥浆泵P1，将分离后的泥浆从地面向隧道内输送，通过换管装置，打开并通过球阀MV1-3，关闭球阀MTt和MT0-1，然后通过泥浆环流阀组3，关闭球阀MV1-2，控制反冲洗的球阀MV3根据需要打开或关闭，打开并通过球阀MV1-1，输送分离后的泥浆至进浆口A123，进入土仓内继续循环；在地面振动筛分设备4.1的入口端及泥浆泵P1的出口端均设置有密度计，监测泥浆的质量，通过反馈信息，控制和调节分离后的泥浆使其符合使用要求，然后再向隧道内输送并循环使用；

泥水式TBM盾构模式系统工作时，在常压条件下，刀盘11切削的碎渣汇集在土仓21内，混合调节成一定比例的渣浆，通过前盾13底部排渣口25，打开并通过球阀MV2，关闭球阀MV3，通过泥浆环流阀组3，关闭球阀MV2-1，打开并通过球阀MV2-2，通过泥浆泵P2，关闭球阀MV2-3，依次打开并通过球阀MT1、MT2、MT3……MTn，依据渣浆在多个渣浆分离器5.1之间的分离情况而操作球阀往复切换，泥浆落入泥浆池5.6，实现碎渣和泥浆分离的效果；启动渣浆分离器5.1的倾倒装置，控制外侧分离器升降油缸5.5，打开内侧分离器开关油缸5.4，完成将碎渣倾倒在渣车箱5.3中任务，同样视分离情况而操作倾倒装置往复切换，且倾倒装置和球阀MTn系列控制为连锁操作；依次打开球阀MT1-1、MT2-1、MT3-1……MTn-1将分离出的泥浆，通过球阀MTt和泥浆泵P1a，关闭球阀MV1-3，通过泥浆环流阀组3，关闭球阀MV1-1，控制反冲洗的球阀MV3根据需要打开或关闭，打开并通过球阀MV1-2，输送分离后的泥浆至进浆口A224，进入土仓21内继续循环使用；如果分离出的泥浆质量不符合使用要求，则需要关闭球阀MTt，打开并通过泥浆泵P1b和球阀MT0，经过泥浆处理机5.2使其符合使用要求，打开并通过球阀MT0-1和泥浆泵P1a，关闭球阀MV1-3，通过泥浆环流阀组3，关闭球阀MV1-1，控制反冲洗的球阀MV3根据需要打开或关闭，打开并通过球阀MV1-2，输送分离后的泥浆至进浆口A224，进入土仓21内继续循环使用。

泥水式TBM盾构模式系统工作时，同比泥水平衡盾构机，不需要质量及密度较高的泥浆、不需要隧道内泥浆管路的使用、不需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。

基于上述配置及特点，该双模式盾构机不拆装任何部件，通过主控室内一键操作可快速实现泥水式TBM与泥水平衡式盾构机互相切换控制；此泥水平衡式盾构机掘进功能的工作原理解决了多地质条件下，建立泥水平衡状态，同时使用泥浆环流系统，在地面上将土仓内泥渣置换出来的先进功能。

上述实施例实现泥水式TBM盾构模式和泥水平衡式盾构模式的快速切换，特别适应硬岩地层与局部含泥沙富水地层或断裂带地层的状况施工，工作模式一键切换，无须拆装任何部件；二是泥水式TBM盾构模式实现硬岩掘进状态下因泥水式结构实现快速冷却刀具，从而减少刀具磨损；三是在常压状态下，不需要泥水平衡状态，采用泥水式TBM盾构模式使用泥浆环流系统，在台车上的渣浆分离装置5将土仓21内碎渣分离出来的先进功能，实现较短距离、快速循环的工作效率，排渣效率高，从而减少刀具二次磨损，同时，同比现有泥水平衡式盾构机，因不需要在隧道内设置泥渣水平运输设备，易于长距离盾构施工；四是在泥水平衡条件下，采用泥水平衡式盾构模式，使用泥浆环流系统，因不需要在隧道内设置泥渣水平运输设备，易于长距离盾构施工；五是同比TBM盾构机，使用泥浆环流系统排碎渣方式，不需要硬岩TBM配置的除尘降噪的设置，无粉尘，可保持洞内安全清洁施工的良好状态；六是设置有稳定器17，且土仓21内部充满泥水，且与泥浆环流系统连通，有利于稳定盾体。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。