一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统及方法与流程

本发明涉及盾构施工，特别是一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统及方法。

背景技术：

1、盾构机是一种在地下工程施工中广泛使用的大型机械设备，主要分为土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、tbm及顶管机。泥水平衡盾构机在粘性地层中进行掘进施工时，常会在刀盘开口、刀盘面、滚刀箱等位置结泥饼，造成推进速度降低，甚至无法进行掘进施工。目前主要采用人工进仓作业清除泥饼，不仅延误工期，更面临非常大的安全风险。因此，亟需提供一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统和消解方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明具体采用以下技术方案。

2、设计一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，包括超声波换能器组件，所述超声波换能器组件为多个，且分别固定在刀盘面板的开口处，其包括固定在刀盘面板上的保护壳盖和超声波换能器，在所述保护壳盖的顶部连接有线路保护管，在所述保护壳盖内设有防水接头，所述防水接头插接在超声波换能器的插头上；

3、还包括设在泥水盾构主机内的电源模块、与电源模块相连的驱动组件，所述驱动组件通过连接线与超声波换能器电连接，在所述驱动组件的外部设有密封外壳，在泥水仓隔板的中心位置设有中心回转接头，所述中心回转接头的转动部分与密封外壳均设在刀盘底座上，固定部分设在泥水盾构主机结构上，在所述密封外壳和中心回转接头的转动部分之间分别设有电源线一和高压空气管路一，所述电源线一的一端穿过密封外壳与驱动组件相连，在所述中心回转接头的固定部分与盾构主机之间连接有高压空气管路二和电源线二，所述电源线二的一端与盾构主机内的电源模块相连，所述高压空气管路一和高压空气管路二之间通过中心回转接头相连通，所述电源线一和电源线二之间通过中心回转接头相连；

4、所述连接线穿设在线路保护管内，其一端延伸至保护壳内并与防水接头相连。

5、优选地，在所述密封外壳的管线进出口上均安装有密封防水部件。

6、优选地，所述驱动组件的电路板均满涂防水胶。

7、优选地，在所述超声波换能器的外部设有防护壳体，在所述防护壳体的顶部设有下法兰盘，所述超声波换能器通过螺栓固定在下法兰盘的顶部。

8、优选地，在所述保护壳盖的底部设有上法兰盘，所述上法兰盘的法兰螺栓穿过刀盘面板后和下法兰盘固定连接。

9、一种基于超声波的泥水盾构刀盘的泥饼消解方法，所述泥饼消解方法是基于上述权利要求1所述的基于超声波泥水盾构刀盘泥饼消解系统来实施的，具体包括以下步骤：

10、s1：接通电源向系统供电；

11、s2：打开并调节高压空气管路一和高压空气管路二的进出阀门，使高压空气流过密封外壳，并保持其内的空气压力稍大于泥水仓的压力，防止泥水盾构泥水仓中的水进入；

12、s3：驱动组件通电后自启动，并通过连接线驱动超声波换能器工作；

13、s4：超声波换能器将电能转换为超声波并发射，从而使超声波传播至泥饼表面，产生空化效应，使泥饼逐层剥离，并被泥水盾构循环泥浆带出，最终实现泥饼消解。

14、本发明的有益效果在于：

15、1.本发明提供了一套能够在具有一定压力的泥浆中，通过超声波的空化效应，使刀盘泥饼逐层消解，并由流动的循环泥浆带出，从而实现对刀盘泥饼的清除，以防止泥水盾构刀盘泥饼的形成，使泥水盾构在粘性层中的适应性更强，掘进效率更高，安全性更强，该系统可在泥水盾构掘进过程中，同时进行泥饼消解，而不影响盾构掘进。

16、2.本发明利用在刀盘面板上分布多个超声波换能器，可以避免泥水盾构刀盘结泥饼，造成盾构掘进速度降低甚至无法掘进，延误工期，增加施工成本，避免人员进仓处理泥饼所面临的高安全风险；其具体安装时采用将超声波换能器上方的保护壳盖固定在刀盘面板上，并利用上法兰盘和下法兰盘将超声波换能器通过防护壳体固定在刀盘面板上，驱动组件通过连接线上的防水接头与超声波换能器上的插头插接，实现驱动超声波换能器工作，以上安装方式即可以使超声波换能器牢固的安装在刀盘面板上，还可以实现超声波换能器拆卸的便捷性。

17、3.本发明利用回转中心接头将两个高压管路相连通，使高压管路二与密封壳体连通，流动的高压空气可以对驱动组件进行散热。

技术特征：

1.一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，其特征在于，包括超声波换能器组件(1)，所述超声波换能器组件(1)为多个，且分别固定在刀盘面板(19)的开口处，其包括固定在刀盘面板(19)上的保护壳盖(12)和超声波换能器(16)，在所述保护壳盖(12)的顶部连接有线路保护管(11)，在所述保护壳盖(12)内设有防水接头(13)，所述防水接头(13)插接在超声波换能器(16)的插头上；

2.如权利要求1所述的基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，其特征在于：在所述密封外壳(3)的管线进出口上均安装有密封防水部件。

3.如权利要求1所述的基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，其特征在于：所述驱动组件(4)的电路板均满涂防水胶。

4.如权利要求1所述的基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，其特征在于：在所述超声波换能器(16)的外部设有防护壳体(15)，在所述防护壳体(15)的顶部设有下法兰盘(21)，所述超声波换能器(16)通过螺栓固定在下法兰盘(21)的顶部。

5.如权利要求4所述的基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，其特征在于：在所述保护壳盖(12)的底部设有上法兰盘(20)，所述上法兰盘(20)的法兰螺栓穿过刀盘面板后和下法兰盘(21)固定连接。

6.一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解方法，其特征在于：所述泥饼消解方法是基于上述权利要求1所述的超声波泥水盾构刀盘泥饼消解系统来实施的，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及盾构施工技术领域，特别是一种基于超声波的泥水盾构刀盘泥饼消解系统，包括超声波换能器组件、电源模块、驱动组件，多个超声波换能器组件分别固定在刀盘面板的开口处，其包括保护壳盖和超声波换能器，在保护壳盖的顶部连接有线路保护管，在保护壳盖内设有防水接头，防水接头插接在超声波换能器的插头上；连接线穿设在线路保护管内，其一端延伸至保护壳内并与防水接头相连。它通过超声波在循环泥浆中对刀盘泥饼的空化效应，对泥水盾构刀盘泥饼进行逐层进行消解剥离，从而实现对刀盘泥饼的清除。

技术研发人员：周振建,高会中,谷田鑫,王凯,赵海雷,吕乾乾,卢高明,王延辉,王云峰,周天顺,王世强,吴磊,陈纯洁,任颖莹,江南,陈瑞祥,秦银平,郁凯旋,万雪钰
受保护的技术使用者：盾构及掘进技术国家重点实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16