一种盾构机及其注浆系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种盾构机及其注浆系统。


背景技术：

2.随着基建的迅速发展，地下空间和隧道建设已面临高水压、低埋深、长距离、复杂多变的地质条件。根据不同地质工况条件选用不同形式的盾构机，配套相适应的施工方法，可达到针对性设计，施工应用。
3.目前，盾构由敞开式、土压平衡式和泥水平衡式等单一模式，逐渐向多模式盾构转变，但诸多盾构模式依然不能良好应对复杂地层带来的施工问题。如遇到喀斯特地层，由于溶洞和裂隙的存在，现有的盾构模式不能有效应对此地质空洞、裂隙大的工况，无法建立有效的支撑压力，容易造成地面沉降，甚至塌陷等施工风险。
4.申请公布号为cn111550255a的中国发明专利申请公开了一种盾构机，包括盾体，盾体内设有开挖仓和气垫仓，开挖仓内设有用于掘进的刀盘；盾体内设有伸入开挖仓的进浆管和螺旋输送机，进浆管用于将泥浆注入开挖仓和气垫仓中，进浆管与膨胀土系统连通，膨胀土系统能够为开挖仓提供稠泥浆，螺旋输送机将开挖仓内的泥浆输入稀释箱；进浆管通过冲刷管路与稀释箱连接，用于向稀释箱输入稀释用的泥浆，稀释箱内的泥浆经过排浆管送出隧道。其中，开挖仓内还设有密度监测装置，密度监测装置实时监测开挖仓内泥浆的密度。
5.上述盾构机的稠泥盾构模式虽然能够应对空洞、裂隙大的地层，但由于普通泥水模式和稠泥盾构模式共用进浆管，因此，在根据密度监测装置得出的数据调节开挖仓内泥浆的比重时，需要来回切换盾构模式，以使进浆管向开挖仓进稀泥浆或稠泥浆，影响掘进效率。此外，上述盾构机的稠泥盾构模式下，也会影响对稀释箱内泥浆的稀释。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种盾构机，以解决现有技术中的盾构机在根据密度监测装置得出的数据调节开挖仓内泥浆的比重时，由于共用进浆管需要来回切换盾构模式，而影响掘进效率的技术问题；本实用新型的目的还在于提供一种盾构机的注浆系统。
7.为实现上述目的，本实用新型盾构机的注浆系统的技术方案是：
8.盾构机的注浆系统，包括：
9.第一泥浆容器和第二泥浆容器，第一泥浆容器内的泥浆密度小于第二泥浆容器内的泥浆密度；
10.第一进浆管，其上设有第一进浆泵，第一进浆管连接在第一泥浆容器上，以向开挖仓内输入泥浆；
11.泥浆输送机，用于设置在盾构机的机体上，以将开挖仓内的泥浆送出；
12.排浆管，其上设有排浆泵，以将泥浆输送机送出的泥浆排出；
13.第二进浆管，其上设有第二进浆泵，第二进浆管连接在第二泥浆容器上，以向开挖
仓内输入泥浆；
14.密度监测装置，用于实时监测开挖仓内的泥浆密度，通过监测的泥浆密度来控制第一、第二进浆管向开挖仓内输入泥浆，进而实时调节开挖仓内的泥浆密度。
15.有益效果是：该盾构机能够实现泥水模式和稠泥模式的切换，且在稠泥模式下，从第二进浆管进入开挖仓内的较高密度泥浆能够填充卵石间的缝隙和溶洞的空洞，并形成高效的泥膜，从而防止地层沉降，甚至塌陷；而且，由于两个进浆管独立设置，因此，在调节开挖仓内泥浆密度时两个进浆管进浆不会相互干扰，且能够快速调节开挖仓内泥浆密度，提高了掘进效率。
16.进一步的，所述第二进浆管上并联有进浆支管，进浆支管上设有泥浆备用容器和备用泵，泥浆备用容器和备用泵用于设置在盾构机的机体上。
17.有益效果是：泥浆备用容器储备一定量的较高密度泥浆，以备第二进浆管的浆量不足，从而及时向开挖仓补充。
18.进一步的，所述密度监测装置包括泥浆循环管、抽浆泵和密度计，泥浆循环管的两端用于与开挖仓连接，抽浆泵和密度计设置在泥浆循环管上。
19.有益效果是：这样设计，有利于监测开挖仓内的泥浆密度。
20.进一步的，所述第二进浆管上设有流量计，以检测第二进浆管的泥浆流量。
21.进一步的，所述泥浆输送机的末端设有稀释箱，所述盾构机的注浆系统还包括泥水分离装置和冲刷管，冲刷管连接第一泥浆容器和稀释箱，排浆管连接稀释箱和泥水分离装置，泥水分离装置分离出的泥浆进入到第一泥浆容器内。
22.有益效果是：这样可以循环利用泥浆，提高泥浆的利用率。
23.为实现上述目的，本实用新型盾构机的技术方案是：
24.盾构机，包括机体和注浆系统，机体内设有开挖仓和气垫仓，开挖仓内设有刀盘，所述注浆系统包括：
25.第一泥浆容器和第二泥浆容器，第一泥浆容器内的泥浆密度小于第二泥浆容器内的泥浆密度；
26.第一进浆管，其上设有第一进浆泵，第一进浆管连接在第一泥浆容器上，以向开挖仓内输入泥浆；
27.泥浆输送机，设置在机体上，以将开挖仓内的泥浆送出；
28.排浆管，其上设有排浆泵，以将泥浆输送机送出的泥浆排出；
29.第二进浆管，其上设有第二进浆泵，第二进浆管连接在第二泥浆容器上，以向开挖仓内输入泥浆；
30.密度监测装置，用于实时监测开挖仓内的泥浆密度，通过监测的泥浆密度来控制第一、第二进浆管向开挖仓内输入泥浆，进而实时调节开挖仓内的泥浆密度。
31.有益效果是：该盾构机能够实现泥水模式和稠泥模式的切换，且在稠泥模式下，从第二进浆管进入开挖仓内的较高密度泥浆能够填充卵石间的缝隙和溶洞的空洞，并形成高效的泥膜，从而防止地层沉降，甚至塌陷；而且，由于两个进浆管独立设置，因此，在调节开挖仓内泥浆密度时两个进浆管进浆不会相互干扰，且能够快速调节开挖仓内泥浆密度，提高了掘进效率。
32.进一步的，所述第二进浆管上并联有进浆支管，进浆支管上设有泥浆备用容器和
备用泵，泥浆备用容器和备用泵设置在机体上。
33.有益效果是：泥浆备用容器储备一定量的较高密度泥浆，以备第二进浆管的浆量不足，从而及时向开挖仓补充。
34.进一步的，所述密度监测装置包括泥浆循环管、抽浆泵和密度计，泥浆循环管的两端与开挖仓连接，抽浆泵和密度计设置在泥浆循环管上。
35.有益效果是：这样设计，有利于监测开挖仓内的泥浆密度。
36.进一步的，所述第二进浆管上设有流量计，以检测第二进浆管的泥浆流量。
37.进一步的，所述泥浆输送机的末端设有稀释箱，所述注浆系统还包括泥水分离装置和冲刷管，冲刷管连接第一泥浆容器和稀释箱，排浆管连接稀释箱和泥水分离装置，泥水分离装置分离出的泥浆进入到第一泥浆容器内。
38.有益效果是：这样可以循环利用泥浆，提高泥浆的利用率。
附图说明
39.图1为本实用新型盾构机的实施例1的结构示意图；
40.图中：11
‑
盾体；12
‑
刀盘；13
‑
开挖仓；14
‑
气垫仓；15
‑
密度计；16
‑
泥浆循环管；17
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抽浆泵；18
‑
流量计；19
‑
混合容器；20
‑
第二泥浆容器；21
‑
第二进浆泵；22
‑
泥水分离装置；23
‑
输送带；24
‑
第一泥浆容器；25
‑
第一进浆泵；26
‑
共用泥浆管；27
‑
第二进浆管；28
‑
第一进浆管；29
‑
冲刷管；30
‑
排浆泵；31
‑
排浆管；32
‑
泥浆备用容器；33
‑
备用泵；34
‑
稀释箱；35
‑
破碎机；36
‑
泥浆输送机。
具体实施方式
41.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“上”、“下”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
45.本实用新型盾构机的实施例1：
46.如图1所示，盾构机包括盾体11和注浆系统，盾体11内设有开挖仓13和气垫仓14，开挖仓13内设有刀盘12，通过刀盘12的旋转进行掘进；盾体11内还设有泥浆输送机36，泥浆输送机36的输送末端设有稀释箱34，泥浆输送机36用于将开挖仓13内的泥浆送入稀释箱34内；在泥浆输送机36和稀释箱34之间设有破碎机35，破碎机35用于破碎较大的石块。其中，泥浆输送机36为螺旋输送机。
47.本实施例中，注浆系统包括第一泥浆容器24和第二泥浆容器20，第一泥浆容器24为稀泥浆容器，第二泥浆容器20为稠泥浆容器，即第一泥浆容器24内的泥浆密度小于第二泥浆容器20内的泥浆密度。
48.如图1所示，第一泥浆容器24连接有共用泥浆管26，共用泥浆管26上设有第一进浆泵25；共用泥浆管26远离第一泥浆容器24的一端分成第一进浆管28和冲刷管29，第一进浆管28用于向开挖仓13和气垫仓14输入稀泥浆，稀泥浆在开挖仓13内和刀盘切削掘削下来的渣土混合，并通过泥浆输送机36和排浆管31输送至泥水分离装置22内。
49.本实施例中，冲刷管29用于向稀释箱34内输入稀泥浆，稀释箱34上连接有排浆管31，排浆管31上设有排浆泵30，在排浆泵30的作用下，稀释箱34内的泥浆从排浆管31排出。排浆管31的末端连接有泥水分离装置22，泥水分离装置22分离出的泥浆进入到第一泥浆容器24内，以形成循环。其中，泥水分离装置22内设有输送带23，输送带23将分离出的石块、泥土等排出到地面上。
50.如图1所示，第二泥浆容器20连接有第二进浆管27，第二进浆管27上设有第二进浆泵21，在第二进浆泵21的作用下，第二泥浆容器20内的稠泥浆经第二进浆管27进入到开挖仓13内。
51.本实施例中，第二进浆管27上并联有进浆支管，进浆支管上设有泥浆备用容器32和备用泵33，泥浆备用容器32和备用泵33设置在盾构机的机架上，以随盾构机一起运动。这样设计，在第二进浆管27的进浆量不足时，备用泵33工作，以将泥浆备用容器32内的稠泥浆泵入第二进浆管27，以保证第二进浆管27的进浆量。其中，盾体和机架均属于盾构机的机体。
52.本实施例中，在第二进浆管27上设有流量计18，以检测第二进浆管27上的泥浆流量。
53.本实施例中，第二泥浆容器20的上游还设有混合容器19，稠泥浆在混合容器19内混合均匀后送入第二泥浆容器20。其中，混合容器19可以根据盾构掘进需要，调制不同高比重（密度）的泥浆，以保证稳定盾构的掘进。
54.其中，第一泥浆容器24、第二泥浆容器20、混合容器19以及泥浆备用容器32均为箱体结构。
55.如图1所示，注浆系统还包括密度监测装置，密度监测装置包括泥浆循环管16，泥浆循环管16的两端均处于开挖仓13内；泥浆循环管16上设有密度计15和抽浆泵17，在盾构机工作时，抽浆泵17持续抽吸开挖仓13内的泥浆，泥浆经密度计15后重新,进入开挖仓13，密度计15能够实时监测开挖仓13内的密度，并将检测参数反馈至系统，系统通过第一进浆管28和第二进浆管27向开挖仓13内输入泥浆，来实时调节开挖仓13内的泥浆密度。
56.在泥水模式下掘进时，通过第一进浆泵25将第一泥浆容器24内的稀泥浆经第一进浆管28输送至开挖仓13和气垫仓14；开挖仓13的混合渣浆经过泥浆输送机36和破碎机35进入到稀释箱34内，再通过排浆泵30将稀释箱34内的泥浆经排浆管31输送至地面上的泥水分离装置22。
57.在遇到喀斯特地质时，盾构机切换至稠泥模式进行掘进，该模式下，通过第二进浆泵21将第二泥浆容器20内的稠泥浆经第二进浆管27输送至开挖仓13内，与第一进浆管28输送的稀泥浆混合，以调整开挖仓13内的泥浆密度，使得开挖仓13内的泥浆密度较高；同时，通过密度计15实时监测开挖仓13内的泥浆密度，根据监测的泥浆密度，通过第一、第二进浆泵分别调节第一进浆管28和第二进浆管27的进浆量，从而对掌子面处的介质密度、粘度等性能进行实时调整控制。其中，泥浆备用容器32储备一定的稠泥浆以备浆量不足，可及时向开挖仓13补充。经过以上掘进各参数采集和处理，使得盾构的掘进施工安全可靠。
58.本实施例中，开挖仓13内较高密度的泥浆能够填充卵石间的缝隙和溶洞的空洞，并形成高效的泥膜，从而防止地层塌陷、地面喷涌，同时也能稳定开挖仓内掌子面的压力，能够克服盾构掘进时刀盘破坏泥膜开挖面的失衡问题。
59.本实用新型盾构机的实施例2：
60.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，注浆系统还包括泥水分离装置22，排浆管31与泥水分离装置22连接，泥水分离装置22分离出的泥浆进入到第一泥浆容器24内，以形成循环。本实施例中，注浆系统不包括泥水分离装置，排浆管直接将泥浆排出隧道外。
61.本实用新型盾构机的实施例3：
62.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第一进浆管28与冲刷管29通过共用泥浆管26连接在第一泥浆容器24上，以节省管线的长度和第一进浆泵的数量。本实施例中，第一进浆管和冲刷管独立布置并分别与第一泥浆容器连接。
63.本实用新型盾构机的实施例4：
64.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第二进浆管27上并联有进浆支管，进浆支管上设有泥浆备用容器32，以保证第二进浆管27的进浆量。本实施例中，在第二进浆泵的功率较大的情况下，不设置进浆支管。
65.本实用新型盾构机的注浆系统的实施例，本实施例中的盾构机的注浆系统与上述盾构机的实施例1至4中任一个所述的注浆系统的结构相同，在此不再赘述。
66.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。