土压平衡盾构机土仓压力补偿系统的制作方法

1.本发明涉及隧道地下工程技术领域，更具体的说是涉及一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统。


背景技术：

2.土压平衡盾构是在开挖面土仓及螺旋输送机内部充满的土砂所产生的压力与开挖面的土压保持平衡。施工中主要控制掘进千斤顶推力、掘进速度、刀盘扭矩和转速、螺旋输送机扭矩和转速以及闸门的开口度等技术参数，使之与开挖面的土压保持动态平衡。
3.土压平衡盾构是以充满土仓内的刚开挖下来的土体对开挖面提供连续的支护，隧道开挖面的稳定，是通过土仓内土体的压力传递来起到与外界水土压力相平衡的作用，土仓内的土体压力减小外界水土压力的压力梯度，于是开挖面在有压力的土体的直接支护以及土中渗漏力的减小的条件下得以稳定。
4.但是，现有的土压平衡模式盾构机在砂层等自稳性差的地层中掘进时，地层扰动较大，土仓压力波动较大，地面沉降控制难度大，极易导致地面沉降超限，对周边环境安全及社会影响极大。
5.因此，如何提供一种地层扰动较小、土仓压力波动较小、可控制地面沉降控并防止地面沉降超限的土压平衡盾构机土仓压力补偿系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统，旨在解决上述背景技术中的问题，达到减小地层扰动和土仓压力波动的效果，并控制地面沉降防止地面沉降超限。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统，包括：
9.气垫仓，所述气垫仓设置在土仓远离刀盘的一侧，所述气垫仓与所述土仓连通；
10.气垫仓压力传感器，所述气垫仓压力传感器与所述气垫仓连通，所述气垫仓压力传感器用于检测所述气垫仓气压；
11.气垫仓保压空气注入管，所述气垫仓保压空气注入管与所述气垫仓连通，所述气垫仓保压空气注入管上设置有气垫仓保压空气注入球阀；
12.膨润土膨化箱，所述膨润土膨化箱与所述气垫仓通过膨润土注入管连通。
13.进一步的，所述气垫仓与所述土仓之间设置有气垫仓平衡气动阀，所述气垫仓平衡气动阀的一端与所述气垫仓连通，所述气垫仓平衡气动阀的另一端与所述土仓连通。
14.进一步的，所述土仓内设置有绳式液位计。
15.进一步的，所述膨润土注入管上依次设置有流量传感器、压力传感器、膨润土注入气动球阀、单向阀、膨润土注入泵、膨润土泵进口负压表、前置过滤器和检修球阀。
16.进一步的，所述膨润土注入泵的两端均与所述膨润土注入管连接。
17.进一步的，所述膨润土膨化箱连接有膨润土剪切泵，所述膨润土剪切泵与所述膨润土膨化箱连通。
18.进一步的，所述膨润土膨化箱内设置有气体搅拌装置，所述气体搅拌装置一端连接有膨化箱保压空气注入管，所述气体搅拌装置通过所述空气注入管与大气相通，所述膨化箱保压空气注入管上设置有膨化箱保压空气注入球阀。
19.进一步的，所述膨润土膨化箱上设置有膨润土搅拌器，所述膨润土搅拌器包括电机和膨润土搅拌杆，所述电机设置在所述膨润土膨化箱外侧，所述膨润土搅拌杆设置在所述膨润土膨化箱内侧，所述电机和所述膨润土搅拌杆传动连接。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统。通过将膨润土泥浆注入到土仓中，并通过使用气体保压系统稳定气垫仓压力，当土仓压力出现波动时，气垫仓内泥浆自动注入土仓，保持土仓压力平衡，确保地层稳定，从而控制地面沉降，有效地降低了现有技术中土压掘进模式土仓压力波动过大的缺陷。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为本发明提供的一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统的示意图。
23.其中：1为刀盘；2为土仓；3为气垫仓；4为绳式液位计；5为气垫仓平衡气动阀；6为气垫仓压力传感器；7为气垫仓保压空气注入球阀；8为膨化箱保压空气注入管；9为气垫仓保压空气注入管；10为流量传感器；11为压力传感器；12为膨润土注入气动球阀；13为单向阀；14为膨润土注入泵；15软连接管；16为膨润土泵进口负压表；17为前置过滤器；18为检修球阀；19为气体搅拌装置；20为膨润土膨化箱；21为膨润土搅拌机；23为膨润土剪切泵。
具体实施方式
24.下面将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。
25.参见图1，本发明实施例公开了一种土压平衡盾构机土仓压力补偿系统，包括：
26.气垫仓3，气垫仓3设置在土仓2远离刀盘1的一侧，气垫仓3与土仓2连通；在本实施例中，气垫仓3设置在土仓2的后方，土仓2设置在盾构机的刀盘1后方，土仓2的作用是利用开挖的渣土充满土仓2来建立土仓压力，气垫仓3用于填充膨润土并利用保压系统空气建立压力。
27.气垫仓压力传感器6，气垫仓压力传感器6与气垫仓3连通，气垫仓压力传感器6用于检测气垫仓3气压；在本实施例中，气垫仓压力传感器6用于检测气垫仓3的压力并进行反馈，进而可以及时调控气垫仓3压力。
28.气垫仓保压空气注入管9，气垫仓保压空气注入管9与气垫仓3连通，气垫仓保压空气注入管9上设置有气垫仓保压空气注入球阀7；在本实施例中，气垫仓保压空气注入球阀7是用于控制气垫仓保压空气注入管9注入气垫仓3压缩空气的流量及压力，进而实现对气垫仓3压力的调控。
29.膨润土膨化箱20，膨润土膨化箱20与气垫仓3通过膨润土注入管连通，在本实施例中，膨润土膨化箱20主要用于对膨润土进行储存和膨化，保证具有足够的膨润土可以提供给气垫仓3。
30.气垫仓3与土仓2之间设置有气垫仓平衡气动阀5，气垫仓平衡气动阀5设置在气垫仓3内，气垫仓平衡气动阀5的一端与气垫仓3连通，气垫仓平衡气动阀5的另一端与土仓2连通，在本实施例中，气垫仓平衡气动阀5作用是控制气垫仓3内膨润土流向土仓5的流量，当气垫仓3需要补压时，打开气垫仓平衡气动阀5，向土仓2注入膨润土，当土仓2压力达到预定值时，关闭气垫仓平衡气动阀5。
31.土仓2内设置有绳式液位计4，在本实施例中，绳式液位计4主要用于测量气垫仓3中膨润土液位。
32.膨润土注入管上依次设置有流量传感器10、压力传感器11、膨润土注入气动球阀12、单向阀13、膨润土注入泵14、膨润土泵进口负压表16、前置过滤器17和检修球阀18，在本实施例中，流量传感器10作用是测量膨润土注入气垫仓3速度，压力传感器11作用是测量管路压力，膨润土注入气动球阀12作用是控制膨润土的流量以及流速，单向阀作用是防止气垫仓3膨润土返流，膨润土注入泵14作用是注入膨润土，膨润土泵进口负压表16用于检测膨润土进口是否阻塞，前置过滤器17作用是过滤膨润土中的杂物，检修球阀18作用是检修。
33.膨润土注入泵14的两端均与膨润土注入管连接，在本实施例中，膨润土泵进口用于消除膨润土泵进出口蠕动压力，连接处采用软连接管15连接。
34.膨润土膨化箱20连接有膨润土剪切泵23，膨润土剪切泵23与膨润土膨化箱20连通，在本实施例中，膨润土剪切泵23作用是制备膨润土。
35.膨润土膨化箱20内设置有气体搅拌装置19，气体搅拌装置19一端连接有膨化箱保压空气注入管8，气体搅拌装置19通过膨化箱保压空气注入管8与大气相通，膨化箱保压空气注入管8上设置有球阀，在本实施例中，气体搅拌装置19作用是利用气体搅拌膨润土防止沉淀。
36.工作时，该土压平衡盾构机土仓压力补偿系统利用压缩空供应系统结合萨姆森保压系统直接控制气垫仓3整体压力，制备完成的膨润土通过plc控制变频器带动软管泵注入气垫仓3完成压力控制和流量控制。在上位机可设定气垫仓膨润土高低液位，实时液位通过绳式液位计4测量反馈至上位机。土仓2压力结合附土深度设定，气垫仓3压力始终高于土仓压力0.2～0.4bar，当土仓压3力低于设定值30s，气垫仓平衡气动阀5自动开启，可使土仓压力在60s恢复至气垫仓3设定压力，从而保证土仓2压力稳定。当气垫仓3液位低于设定值时膨润土泵自动根据气垫仓缺失膨润土数量注入膨润土至气垫仓3。
37.该土压平衡盾构机土仓压力补偿系统，采用向土仓2内自动注入膨润土的方式完成对土仓压力的辅助控制，有效地降低了土压掘进模式土仓压力波动过大的缺陷。将膨润土系统管路设置在气垫仓3内，可方便地根据所需气垫仓3液位高度、气垫仓压力实时调整补偿气垫仓3膨润土流量，在气垫仓3膨润土流量得到有效保证同时，气垫仓保压系统能在
设定压力范围高速响应弥补土仓压力损失，同时能有效降低膨润土使用量。
38.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。