真空密闭排渣的高放废物处置坑掘进系统的制作方法

本发明涉及隧道中坑体施工设备技术领域，特别是涉及一种真空密闭排渣的高放废物处置坑掘进系统。

背景技术：

高水平放射性废物(简称高放废物)具有放射性强、毒性大、半衰期长的特点，对其进行最终安全处置难度极大，面临一系列的科学、技术和工程挑战。能否最终安全处置高放废物是关系到核工业可持续发展和环境保护的战略性课题；目前，国际上普遍认为技术可行的最终处置高放废物的方式为深地质处置，即将高放废物埋置在500m～1000m深度范围内稳定的地质体中；这类需要进行深地质处置的对象包括：高放玻璃固化体、其他类型高放固体废物、α固体废物、重水堆乏燃料、高温气冷堆乏燃料和其他乏燃料；在无人区设置专门的处置库是较好的方案，并且将处置对象竖向处置优于水平处置。

处置库包括水平的通道和通道上竖直向下的处置坑，一种可能的处置坑尺寸为直径1.4m和深度10m，从处置库长期安全性和稳定性角度出发，处置坑要求成洞尺寸精度高、围岩开挖损伤小，而钻爆法由于成洞精度难于控制且对围岩损伤过大，难以满足处置坑开挖要求，因此，国际一般采用机械开挖法进行处置坑施工，目前，芬兰和瑞典开发了花岗岩处置坑开挖设备，但设备存在开挖效率低、出渣效果差等问题，总体上设备设计及应用不成熟，处置坑施工空间有限且围岩强度高，所以对设备的紧凑型设计、高效破岩、高效出渣、快速组装及移动等性能均提出了较高要求，目前还没有成型的破岩机械可以满足处置坑的开挖要求。

处置坑的开挖设备可借用隧道盾构机的开挖原理，但由于由水平开挖转为垂直开挖，除刀盘处有与普通隧道盾构机刀盘局部相似的方面，开挖设备的其余部分构造需求完全不同。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种目前没有的高放废物处置坑掘进系统，该系统具有真空吸渣装置和相关的掘进装置被设计成满足真空排渣功能的结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种真空密闭排渣的高放废物处置坑掘进系统，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置和可移动的吸渣装置，所述主作业装置的排渣管和吸渣装置的吸渣管由输送管相连；

所述吸渣装置包括真空泵、吸渣筒和储渣罐；

所述主作业装置包括掘进头和逐个叠加在掘进头上方的若干个管节，所述掘进头转动的刀盘上设吸渣孔，所述掘进头的壳体内具有与所述吸渣孔相通的第一送渣管，所述管节的壳体内设有与第一送渣管相通的第二送渣管，所述掘进头第一送渣管与管节第二送渣管之间以及叠加管节的第二送渣管之间可分离密闭连接；

所述主作业装置还包括机架和下压掘进头或所叠加管节的下压盘，所述排渣管固定在机架上，还具有一伸缩管，所述伸缩管的上端与排渣管密闭连接，掘进过程中先与第一送渣管可分离式密闭连接后与第二送渣管可分离式密闭连接的伸缩管的下端固定在下压盘上。

具体的，一种转动的刀盘处满足真空排渣的结构是，所述掘进头第一送渣管包括固定于刀盘随刀盘转动的转动管和固定在掘进头壳体内的固定管，所述转动管和固定管与掘进头同轴，所述转动管与固定管球面副密闭联接；所述刀盘具有刀壳和安装滚刀的盘面，所述刀壳和盘面之间为容渣腔，所述转动管的下口部固定在刀壳上，所述盘面上设有所述的吸渣孔，所述吸渣孔经容渣腔与转动管相通。

为了提高排渣速度，所述盘面上设有与所述吸渣孔相通的引渣槽。

同样为了提高排渣速度和零件的使用寿命，伸缩管的内壁应是光滑的，所以伸缩管设计为套管的形式，所述伸缩管包括内管和密闭套设在内管外的外管。

本发明的有益效果是：本发明使用真空排渣的方式使高放废物处置坑掘进系统掘进过程对环境没有污染，废渣石被收集后移送，满足了需要频繁转场的灵活作业方式，掘进头和管节的排渣结构较好满足了掘进系统掘进和排渣顺畅的需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明涉及排渣的掘进头的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是本发明涉及排渣的管节的剖视图；

图5是本发明涉及排渣的管节的立体图

图6是图1的a处放大图。

图中，1、主作业装置，1-1、排渣管，1-2、掘进头，1-2-1、刀盘，1-2-2、吸渣孔，1-2-3、第一送渣管，1-2-4、转动管，1-2-5、固定管，1-2-6、刀壳，1-2-7、盘面，1-2-8、容渣腔，1-2-9、引渣槽，1-3、管节，1-3-1、第二送渣管，1-4、机架，1-5、下压盘，1-6、伸缩管，1-6-1、内管，1-6-2、外管，2、吸渣装置，2-1、吸渣管，2-2、真空泵，2-3、吸渣筒，2-4、储渣罐，3、输送管。

具体实施方式

下面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做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。

本发明是针对高放废物处置坑掘进系统中如何排渣的技术方案，如附图1的一种真空密闭排渣的高放废物处置坑掘进系统，具有移动和可定位于隧道内某位置并进行垂直向下掘进的主作业装置1和可移动的吸渣装置2，主作业装置1的排渣管1-1和吸渣装置2的吸渣管2-1由输送管3相连，主作业装置1在隧道内的定位由装置上伸出的各个方向的撑脚实现；

吸渣装置2还包括真空泵2-2、吸渣筒2-3和储渣罐2-4，吸渣装置2结构上同于普通吸尘器的结构，吸渣筒2-3内腔由滤网分成上下两个腔室，真空泵2-2的吸气管连通上腔，主作业装置1的排渣管1-1连通下腔，吸渣筒2-3的底部设有可关闭的出渣口，该出渣口对应于储渣罐2-4的进渣孔，系统掘进过程中叠加管节时或者一个坑体完成挖掘后打开出渣口，将渣石排进储渣罐2-4，储渣罐2-4再被铲车移走，储渣罐2-4的数量可不止一个；

主作业装置1还包括掘进头1-2和逐个叠加在掘进头1-2上方的若干个管节1-3，由于附图1显示的是主作业装置1初始的状态，所以管节1-3没有显示叠加在管节上，附图2、3、4和5是对掘进头1-2和管节1-3结构的具体显示，掘进头1-2转动的刀盘1-2-1上设吸渣孔1-2-2，掘进头1-2壳体内具有与吸渣孔1-2-2相通的第一送渣管1-2-3，管节1-3的壳体内设有与第一送渣管1-2-3相通的第二送渣管1-3-1，第一送渣管1-2-3与第二送渣管1-3-1之间以及叠加的管节1-3上的第二送渣管1-3-1之间可分离密闭连接；

主作业装置1还包括机架1-4和下压掘进头1-2或所叠加管节1-3的下压盘1-5，下压盘1-5由油缸驱动升降，排渣管1-1固定在机架1-4上，还具有一伸缩管1-6，伸缩管1-6的上端与排渣管1-1密闭连接，掘进过程中先与第一送渣管1-2-3可分离式密闭连接后与第二送渣管1-3-1可分离式密闭连接的伸缩管1-6的下端固定在下压盘1-5上，如附图6

上述可分离式密闭连接的可以是套接的、套接处设密封圈的结构，套接面可以是圆柱面或圆锥面，附图6下方显示的是圆锥的套接面结构。

如附图2，第一送渣管1-2-3包括固定于刀盘1-2-1随刀盘1-2-1转动的转动管1-2-4和固定在掘进头1-2壳体内的固定管1-2-5，由于调整掘进方向的需要，掘进头1-2壳体分为下部的摆动壳体和上部的非摆动壳体，固定在掘进头1-2壳体内的固定管1-2-5指的是固定管1-2-5固定在非摆动壳体内，转动管1-2-4和固定管1-2-5与掘进头1-2同轴，转动管1-2-4与固定管1-2-5球面副密闭联接；刀盘1-2-1具有刀壳1-2-6和安装滚刀的盘面1-2-7，刀壳1-2-6和盘面1-2-7之间为容渣腔1-2-8，转动管1-2-4的下口部固定在刀壳1-2-6上，盘面1-2-7上设有的吸渣孔1-2-2，吸渣孔1-2-2经容渣腔1-2-8与转动管1-2-4相通。

如附图3，盘面1-2-7上设有与吸渣孔1-2-2相通的引渣槽1-2-9，引渣槽1-2-9由盘面1-2-7上凸起的筋形成，这样在刀盘1-2-1转动时吸渣孔1-2-2的吸力在引渣槽1-2-9的影响下仅作用于较小的区域，提高了渣石的流动性。

如附图6，伸缩管1-6包括内管1-6-1和密闭套设在内管1-6-1外的外管1-6-2，内外管之间还具有一中管，外管1-6-2上端与固定的排渣管1-1密闭连接，内管1-6-1固定在下压盘1-5上。

本发明的主要工作过程是这样的：

一、主作业装置1定位后开始掘进，在真空吸力的作用下，渣石经吸渣孔1-2-2或经引渣槽1-2-9、吸渣孔1-2-2后再依次经容渣腔1-2-8、第一送渣管1-2-3、伸缩管1-6、排渣管1-1、输送管3、吸渣管2-1进入吸渣筒2-3，最后落入储渣罐2-4；

二、在掘进头1-2上叠加第一个管节1-3进行继续掘进时，可先停止吸渣装置2工作，下压盘1-5升起，带动伸缩管1-6内管1-6-1与掘进头1-2的第一送渣管1-2-3分离，叠加的管节1-3至掘进头1-2上方后下降使第二送渣管1-3-1与第一送渣管1-2-3密闭接触，下压盘1-5下压继续掘进，下压前启动吸渣装置2工作；

三、重复过程二的工作，叠加后续的管节进行掘进。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。