盾构施工中泥浆指标检测装置及配套的泥浆指标检测方法与流程

本发明涉及泥水盾构施工中泥浆质量检测领域，特别是盾构施工中泥浆指标检测装置及配套的泥浆指标检测方法。

背景技术：

1、盾构法已广泛应用于隧道工程建设中，包括市政地铁隧道、公路隧道、跨江越海隧道等等，有效控制了地表的沉降量和周围建（构）筑物的变形量。其中，泥水盾构是盾构法隧道中最常用的设备，约占到国内盾构法隧道的80%以上。

2、泥水盾构施工中依靠泥浆循环系统将达标的泥浆输送至泥水仓，在泥水仓压力作用下维持开挖面的稳定性，并携带岩土渣至泥水分离厂，犹如人体血液。因此，泥浆质量（黏度、比重、胶体率、酸碱度）对泥水盾构安全、高效施工至关重要。盾构施工过程中工人会定期取泥浆循环系统管道内的泥浆进行质量检测，单环掘进前会检测泥浆质量是否达到逾期目标，单环掘进过程中实时检测泥浆质量变化情况，如果泥浆质量指标不满足施工要求，则需要尽快采取加水、弃浆、停止掘进等措施，直至达到逾期目标。

3、目前，泥水盾构施工中泥浆质量指标的检测仍然采用人工检测的方法，需要工人定期不间断的提取泥浆循环系统管道中泥浆，再利用泥浆比重计、马氏漏斗黏度计、滤失仪等仪器检测，检测过程中需要至少2个人配合完成。同时，检测结果需要网络（如微信）传输至盾构主控室，主控室盾构主司机根据检测结果判断是否调整盾构施工参数。因此，泥水盾构施工中泥浆质量指标检测耗时耗力，完全不具有自动化、智能化。

4、技术人员认为，当前泥浆质量指标检测方法的效率影响了技术人员对泥浆指标快速获知的需求，有必要开发一套具备自动化、智能化的泥浆指标检测装置。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决现有技术中泥浆指标检测耗时耗力，盾构主机室无法实时获取泥浆指标参数的问题。

2、本发明的具体方案是：

3、设计一种泥水盾构施工中泥浆指标检测装置，包括检测桶，所述检测桶顶部设有进水管，底部连接管道组，所述管道组包括与所述检测桶底部出口并联连接的进浆管、排浆管；所述检测桶内设有泥浆黏度检测机构、泥浆胶体率检测机构、泥浆比重检测机构、泥浆酸碱度检测机构以检测样品指标参数，所述进浆管上另并连底部进水管支路，所述进浆管的进口连接盾构设备排浆管道，所述进浆管、所述进水管和所述底部进水管支路上设有流量计；

4、所述检测桶包括同轴套装的内桶和外桶，所述内桶内还同轴安装有套筒，所述套筒内设有同轴转子，所述转子连接带动其转动的动力源，所述转子顶部设置防泥浆渗入的电机保护机构；

5、所述泥浆比重检测机构包括内桶底部设有压力测量机构，所述压力测量机构包括圈状的称重计，所述内桶的内壁和所述套筒的表面都涂覆有不沾涂层；

6、所述泥浆黏度检测机构包括安装在所述动力源的主轴上的扭力测量元件、所述动力源底部的同轴转子；

7、所述泥浆胶体率检测机构包括所述内桶一侧的不同高度上设有多个压力计；

8、泥浆酸碱度检测机构包括安装在检测桶内的酸碱度检测元件。

9、所述内桶和套筒间设有过水顶盖，所述过水顶盖上设有至少3个通孔，所述通孔间设有环形导流槽，所述进水管的出口处于所述导流槽上方，所述过水顶盖的下方设有与所述内桶配合的卡圈，所述过水顶盖的外径大于所述卡圈的外径以形成帽檐。

10、所述内桶上设有得以观察检测桶内的镂空，对应的在所述内桶镂空的位置上设有刻度线。

11、所述内筒与外桶间设有约束其转动自由度的防扭转槽，所述内桶的底部设有上大下小的锥状漏斗形下料口。

12、所述内筒的进料口与所述管道组间经由波纹管相连接，所述波纹管处于所述圈状的称重计的空圈中心，称重计的高度处于波纹管的最大长度与最少长度之间。

13、所述管道组上设有电磁阀，以形成进出水或进出浆的流量控制。

14、电机保护机构包括桶状的浮动体，所述浮动体上设有与所述转动桶实现轴套配合的格挡全，所述浮动体上设有滑动轴，所述滑动轴和所述动力源的主轴外径相同、安装位置同轴；在所述滑动轴和所述动力源的主轴外套装有约束桶，以实现浮动体沿所述约束桶轴心方向的浮动，所述约束桶的顶部固定在所述动力源的主轴上。所述过水顶盖和所述内桶之间设有软胶圈密封。

15、一种泥浆指标检测方法，使用盾构施工中泥浆指标检测装置，包括如下步骤：

16、（1）冲水复位：检测桶内自上而下流入市政净水，冲洗所述检测桶的内腔，所述市政净水自检测桶的底部流出，直至水中无异物，关闭进水，持续出水直至检测桶内水流净；

17、（2）进水定标：检测桶内自下而上流入市政净水，直至检测桶内水位达到设定高度，关闭进水，启动泥浆黏度检测机构、泥浆胶体率检测机构、泥浆比重检测机构，检测出自来水的黏度值a，胶体率数组{d1,d2,......，dn }，直至数组中数值的理论值恒定，即每个压力计收到的压力数值为d，比重c，之后关闭进水，持续出水直至检测桶内水流净；当黏度值a、胶体率数组{d1,d2,......，dn }、比重c达到净水固定值时认为测量准确，否则，需校核各检测机构；

18、（3）进浆检测：管路的进水口切换为进浆口，所述进浆口连接施工管道的泥浆循环管，直至检测桶内泥浆液位达到设定高度，关闭进浆，启动泥浆黏度检测机构、泥浆胶体率检测机构、泥浆比重检测机构、泥浆酸碱度检测机构，检测出泥浆的黏度ŋ，胶体率，密度q，和泥浆酸碱度f。

19、泥浆比重的计算公式为，泥浆密度q=g/v,其中g源自称重计的测量结果，v来于检测桶内泥浆体积，浆液位置自镂空处的刻度或透明的检测桶上的刻度观察得到；

20、所述电机的输出轴上设置扭矩测量机构以测量主轴转动过程中的扭力m，黏度ŋ=m/4πhwi(1/ri2-1/ra2)；

21、所述泥浆胶体率的检测方法包括：在浮子转动后分别在1分钟，5分钟，10分钟分别取样各个压力计（12）的测量结果，形成第一分钟压力结果数组{a1,a2,......，an}，第五分钟压力结果数组{b1,b2,......，bn},，第十分钟压力结果数组{c1,c2,......，cn},取各数组中压力小于d的数值点，读取对应点刻度al, bl, cl，得出对应的胶体率；一分钟压力胶体率a=（h-al）/h；五分钟压力胶体率b=（h-bl）/h；十分钟压力胶体率c=（h-cl）/h；；

22、（4）出浆：打开出浆，持续出浆直至检测桶内水流流净，当步骤（3）中泥浆黏度大于250cps时，出浆后1分钟内开启步骤（1）以防止结块。

23、本发明的有益效果在于：

24、泥浆指标检测省时省力，自动化、智能化程度高，信息同步率高，有利于生产参数的实时快速调节；

25、管道中加入电磁控制阀，便于实现管道进浆和进水的快速切换，测量精度高，人工劳动强度低；

26、过水顶盖的设计便于净水喷淋，实现对测量设备的矫正；

27、防扭转槽的设计便于内桶和外桶间的定位，进一步提高测量精度。

28、本次申请中，单次测量可以测得多项参数结果，精度高，效率高。