盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置及使用方法

本发明涉及隧道盾构渣土利用，特别是指一种盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置及使用方法。

背景技术：

1、在城市地铁隧道在施工过中，需要在管片与洞壁之间同步注浆，同时还需要制作用于建设隧道的砌块砖，同步注浆用料和砌块砖的制作过度消耗水泥和砂等有限材料，不仅材料成本高，运输成本高，而且这些原材料还存在污染环境问题，导致难以形成材料生产协调于环境的产业化格局。同时，当城市地铁隧道的掘进采用土压平衡盾构机进行开挖，在土压平衡盾构机掘进的过程中，需要向外排出大量渣土，渣土的外排过程不仅直接影响施工进度，而且会占用大量的隧道内施工空间而限制盾构机的其他功能；另外，渣土外排还会导致资源浪费，排至隧道洞口外的渣土，在长时间堆放后将逐渐硬化结块，处理需要消耗大量人力物力。以郑州地铁隧道区间直径按6.2m为例计算，则每公里地铁开挖出土约3.0×104m3，弃土场全部堆积渣土，大量的土地资源将会被占用。

2、虽然现有技术中绿色注浆材料制作与实现盾构渣土回收利用是当前盾构施工走向集约化和现代化的一个重要途径，但只是将隧道内排出后的渣土的二次处理，来得到注浆材料的部分原材料。因此，在土压平衡盾构机施工过程中，渣土外排所带来的技术问题仍然存在，而且绿色注浆材料具有自己单独的制作、运输和使用体系，无法同步应用在土压平衡盾构机的施工过程中。如授权公告日为2021.02.19、授权公告号为cn 212560010 u的中国实用新型专利所公开的一种同步注浆用泥水盾构渣土处理系统，包括渣土收集装置，渣土收集装置由左仓和右仓构成混料仓，混料仓上部设有2条滑道；2条滑道上分别设置有可滑动的a仓和b仓，在a仓及b仓的底部分别设有用于出料的第一电磁阀及第二电磁阀；还包括用于带动a仓及b仓滑动的第一电机及第二电机，第一电磁阀、第二电磁阀、第一电机及第二电机与中央处理器的输出端电连接。

3、虽然现有技术中生态建筑材料制作与实现盾构渣土回收利用是当前盾构施工走向集约化和现代化的一个重要途径，但也只是将隧道内排出后的渣土的二次处理。因此，在土压平衡盾构机施工过程中，渣土外排所带来的技术问题仍然存在，而且生态建筑材料具有自己单独的制作、运输和使用体系，即使能够应用在隧道洞口，但是也只能利用排出的部分渣土，剩余的渣土仍然存在排放问题。

4、因此，聚焦绿色低碳发展，如何解决土压平衡盾构机渣土外排所带来的不利影响及如何循环使用土压平衡盾构机施工过程中产生的渣土成为了亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置及使用方法，解决了土压平衡盾构机施工过程中排出的渣土无法同步循环利用的技术问题。

2、本技术的技术方案为：

3、一种盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置，包括与土压平衡盾构机的出渣皮带机相连的过滤单元，经过过滤单元过滤的滤后渣土进入注浆材料混合单元，注浆材料制作单元与土压平衡盾构机的的同步注浆系统相连，经过过滤单元过滤的滤渣通过渣土转运单元输送至生态砌块制作单元，生态砌块制作单元与渣土转运单元、注浆材料制作单元、过滤单元、出渣皮带机同步工作。地铁盾构掘进采用土压平衡进行开挖，渣土通过螺旋输送机到出渣皮带机，经过滤网分离后，一部分为同步注浆材料，剩余部分运出制生态砌块，通过两者协同作用实现渣土固废资源的完全循环再利用。

4、进一步地，所述注浆材料制作单元包括混合箱，混合箱的进渣口与过滤单元的出渣口上下对应，混合箱设置有胶凝材料添加口，混合箱设置有用于混合胶凝材料与滤后渣土的浆料搅拌装置，所述同步注浆系统包括与混合箱相连的注浆泵，混合箱内的注浆材料通过注浆泵与同步注浆管相连，同步注浆管延伸至土层与管片之间。注浆泵直接通过同步注浆管注入管片背后，加强管片外防水并使隧道整体稳定，节省材料成本，减少渣土外运。

5、进一步地，所述盾构渣土同步注浆材料以水泥、粉煤灰、膨润土为胶凝材料，以盾构渣土为骨料，形成盾构渣土再利用为同步注浆的新材料。水泥、粉煤灰、膨润土本身的活性来改善盾构渣土的性能，与盾构渣土表面一结合，既不破坏盾构渣土的固有结构，又形成具有一定强度和抗水能力的复合材料。

6、进一步地，所述混合箱设置有控制渣土进料口启闭的定量控制器，当混合箱内的滤后渣土达到设定量后，定量控制器控制渣土进料口自动关闭。

7、进一步地，所述过滤单元包括一级滤网，一级滤网的下方间隔设置有二级滤网，一级滤网的目数小于二级滤网的目数，一级滤网和二级滤网均倾斜设置在出渣皮带机与渣土转运单元的入料口之间，二级滤网与渣土进料口之间设置有漏斗形的导料结构，出渣皮带机排出的渣土经过一级滤网过滤后的一级过滤渣土落至二级滤网、一级滤渣进入渣土转运单元，一级过滤渣土经过二级滤网过滤后的二级过滤渣土通过导料结构进入混合箱、二级滤渣进入渣土转运单元。

8、进一步地，所述生态砌块制作单元包括固化剂储料罐及与渣土转运单元配合的渣土储料罐，渣土储料罐、固化剂储料罐均与砖料搅拌装置相连，所述固化剂储料罐的出口和砖料搅拌装置的出料口均连接有定量出料装置，定量出料装置与压制成型机构相配合。

9、进一步地，所述压制成型机构包括成型盘，成型盘上设置有上下贯穿的砌块模具孔，成型盘的上方设置有加料盘，加料盘下方通过上伸缩油缸设置有与砌块模具孔配套的砌块加压块，成型盘的下方设置有自动旋转出料盘，自动旋转出料盘下方设置有下伸缩油缸，自动旋转出料盘的一侧设置有出料皮带机。

10、进一步地，所述砖料搅拌装置设置有两个，两个砖料搅拌装置通过回转装置与加料盘相连，加料盘上设置有四个砌块加压块，成型盘上设置有四个砌块模具孔。

11、进一步地，所述渣土转运单元包括与过滤单元配合的运渣斗车，运渣斗车通过轨道在隧道内行走，隧道竖井处设置有吊装装置，运渣斗车的渣斗通过吊装装置在运渣斗车与生态砌块制作单元之间转运。

12、一种盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置的使用方法，包括上述任一项所述的盾构渣土同步注浆及制生态砌块循环利用装置，在土压平衡盾构机的掘进过程中，刀盘开挖的渣土依次通过土舱、螺旋输送机、出渣皮带机输送至过滤单元，渣土依次经过一级过滤网、二级滤网分离后的二级过滤渣土作为注浆材料进入混合箱，按照配比把以水泥、粉煤灰、膨润土通过胶凝材料添加口加入混合箱，浆料搅拌装置混合后得到注浆浆液，注浆泵通过同步注浆管将注浆浆液注入已铺设的管片外周。

13、同时，渣土经过一级过滤网和二级过滤网分离后，除二级过滤渣土外的所有渣土通过运渣斗车输送至隧道竖井处，吊装装置将运渣斗车的渣斗吊运至渣土储料罐，渣土储料罐、固化剂储料罐均通过定量出料装置定量向砖料搅拌装置内加入渣土和固化剂，下伸缩油缸带动自动旋转出料盘上升至贴合成型盘底面，回转装置带动砖料搅拌装置向砌块模具孔内加注混合后的渣土和固化剂，砌块模具孔内加料完毕后砖料搅拌装置转换位置，上伸缩油缸带动砌块加压块下压砌块模具孔，砌块模具孔内的砖料在固化剂的化学作用下及砌块加压块挤压的物理作用下形成生态砌块，当挤压达到设定压力后，下伸缩油缸带动自动旋转出料盘下降，上伸缩油缸带动砌块加压块继续下压直至生态砌块落在自动旋转出料盘上，自动旋转出料盘旋转，生态砌块在离心力的作用下进入出料皮带机，出料皮带机将生态砌块运到成品砌块堆放垛。

14、进一步地，所述水泥、粉煤灰、膨润土通过定量出料装置与混合箱相连；当运渣斗车输出的渣土量大于生态砌块制作单元的需求量时，土压平衡盾构机继续掘进且持续向外排渣，多余的渣土暂存在生态砌块制作单元的渣土池中，当土压平衡盾构机停机时，利用渣土池中的渣土不间断地制作生态砌块。

15、本发明包括盾构渣土同步注浆系统和盾构渣土制生态砌块系统，盾构渣土同步注浆系统包括注浆材料制作单元和同步注浆系统，盾构渣土制生态砌块系统包括渣土转运单元和生态砌块制作单元，提供了一种盾构掘进排渣、同步注浆、制砌块砖三位一体的盾构渣土循环再利用装置及方法，聚焦绿色低碳发展，节省材料成本，解决资源浪费和环境破坏问题，同时为企业带来良好的生态效益、社会效益和经济效益。