盾构机渣土改良系统

技术领域

本发明涉及盾构机施工技术领域，具体涉及一种盾构机渣土改良系统。

背景技术

国内外盾构机设计及使用阶段常采用常规渣土改良方法，利用盾构机设计渣土改良系统，采用泡沫、加泥、加水等改良剂对刀盘或土仓进行渣土改良，基本可满足盾构机在软弱及单一地质条件下的渣土改良。但在泥岩、泥质粉砂岩、粘性失水、软硬不均等复杂地层中，由于地质及水文的影响，在刀具的切削和刀盘的冲击作用下，岩块变成碎屑和粉末状，刀盘中心开口处渣土改良效果较差，在刀盘旋转高温下挤压条件下容易产生泥饼现象。同时，根据现有盾构机施工试验结果可知，当注入口处堵塞压力大于可承受压注阻力时，管路基本处于堵塞状态，进而无法进行改良剂的压注，造成渣土无法得到有效改良，易造成土仓内堵塞及产生泥饼等现象。然而，采用常规渣土改良系统难以完全预防刀盘中心处结泥饼，当刀盘中心处结泥饼后，极难处理，且中心形成泥饼后将加快土仓及刀盘泥饼的快速形成，严重影响盾构机的正常施工。

发明内容

为克服以上技术问题，特别是刀盘以及土仓结泥饼后，难以处理，严重影响盾构机的正常施工的问题，特提出以下技术方案：

本申请实施例提供的一种盾构机渣土改良系统，所述盾构机包括刀盘和刀盘后的土仓，所述渣土改良系统包括设置在所述土仓壁板的土仓注入口、所述刀盘开口中心的第一刀盘注入口，以及与所述第一刀盘注入口连接的第一刀盘注入管，其特征在于，还包括二次注浆泵，所述二次注浆泵包括A液泵和B液泵，所述A液泵的出水端通过盾体内的土仓注入管与所述土仓注入口连接，所述B液泵的出水端与所述第一刀盘注入管进水口连接，所述土仓注入管设置于盾体内。

可选地，还包括设置于所述土仓注入管上的阀门。

可选地，所述土仓壁板包括两所述土仓注入口，所述土仓注入管并联连接两所述土仓注入口，两所述土仓注入口为所述土仓壁板上的两应急备用注入口。

可选地，还包括两子土仓注入管和两所述阀门，两所述子土仓注入管与所述土仓注入管通过三通管件接头连接，两所述子土仓注入管与两所述土仓注入口分别连接，两所述阀门分别设置于两所述子土仓注入管上。

可选地，两所述子土仓注入管设置于盾构机中心回转轴线的相对两侧。

可选地，所述阀门包括单向和球阀，所述单向和球阀用于控制水流从所述A液泵流向所述土仓注入口。

可选地，所述刀盘中心开口设有两所述第一刀盘注入口，两所述第一刀盘注入口并联连接所述第一刀盘注入管。

可选地，还包括设置于所述刀盘开口中心的两所述第二刀盘注入口、并联连接两第二刀盘注入口的加泥管，以及设置于所述刀盘正面中心的加泥孔、与所述加泥孔连接的第二刀盘注入管。

可选地，还包括分别设置于各管路中的流量传感器和压力传感器。

可选地，两所述第一刀盘注入口和两所述第二刀盘注入口分别设置与所述刀盘正面中心线的两侧，且两所述第一刀盘注入口的连线和两所述第二刀盘注入口的连线不交叉。

本申请实施例还提供了一种盾构机，其包括刀盘、刀盘后的土仓、土仓后的护盾，以及护盾内实现隧道掘进一次成洞的机械组件，其特征在于，其采用如本申请提供的任一实施例所述的盾构机渣土改良系统。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，将二次注浆泵合理接入盾构机中，充分利用常规盾构施工中的二次注浆设备。在盾构机掘进过程中，采用二次注浆泵向土仓壁板中心的应急备用注入口和刀盘开口的注入口注水，由于二次注浆泵的泵能较大，进而提高了对土仓壁板中心和刀盘中心开口的冲刷能力，使得注入口不容易发生堵塞的情况，避免土仓壁板中心和刀盘中心出现泥饼，同时还避免了泥饼影响盾构机的够正常的施工。

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，二次注浆泵的A液泵与土仓两应急备用注入口连接，且每个注入口连接的分支管道上均设置有一单向阀和球阀以便于出现推力增加、推进速度降低、刀盘扭矩减小、设备及渣土温度升高时，调整二次注浆A液泵在土仓壁板中心为单口注入(关闭其中1个球阀)，在配合B液同时压注，可更加有效加大对刀盘中心的冲刷能力，使得施工参数出现好转时间加快，进而提高了施工效率。

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，采用一个加泥系统压注刀盘中心开口另外一根管路连接的两第二刀盘注入口，同时将该另外一根管路与刀盘面板中心处的加泥注入口连接，即将原渣土改良中距离最近的加泥管路与注入管路进行调换，弥补了原注水系统中冲刷能力过低，采用加泥加水系统对刀盘的中心开口处进行大流量冲刷，减小刀盘中心开口堵塞。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明盾构机渣土改良系统的结构图；

图2为本发明盾构机渣土改良系统中刀盘的结构示意图，主要示出了第一刀盘注入口、第二刀盘注入口以及刀盘中心加泥孔的位置；

图3为本发明盾构机渣土改良系统中土仓的结构示意图，主要示出了土仓中心应急备用注入口的位置；

图4为本发明盾构机渣土改良系统中加泥加水系统与第二刀盘注入口连接的结构示意图；

图5为本发明盾构机渣土改良系统中加水系统与加泥孔连接的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请实施例提供的一种盾构机渣土改良系统，如图1至图3所示，包括：土仓1、安装于土仓上的刀盘2、二次注浆泵3，其中土仓1设置于刀盘2掘进方向的后方，将二次注浆泵合理接入盾构机中，充分利用常规盾构施工现有必须的二次注浆设备，建立新的渣土改良系统，并针对性优化现有盾构机渣土改良系统。

二次注浆泵3包括A液泵31和B液泵32，土仓壁板11设有土仓注入口12，刀盘开口中心设有第一刀盘注入口21，刀盘2上还设有与第一刀盘注入口21连接的第一刀盘注入管211，A液泵31的出水端通过盾体内的土仓注入管13与土仓注入口12连接，B液泵32的出水端与第一刀盘注入管21进水口连接，土仓注入管13设置于盾体内。在本申请提供的实施例中，由于二次注浆泵最大泵能为25m

在本申请提供的实施例中，在盾构掘进操作中，可以间断利用二次注浆渣土改良A、B液系统，可有效冲刷刀盘中心开口及土仓中心，防止泥土粘附在刀盘中心，通过间隔一段时间交替开启A、B液泵，减少过多的冲刷影响渣土改良效果。其中，开启时间与间隔时间根据掘进速度及渣土改良效果进行调整，当掘进速度为40-50mm/min，可每掘进20cm，开启约20-30s，以提高中心回转处渣土的流动性，保证刀盘中心开口畅通，并且能有效降低刀盘及土仓的温度，防止刀盘及土仓中心结泥饼，减小刀具磨损。

在本申请提供的实施例中，如图1所示，还包括设置于土仓注入管13上的阀门14。可选地，阀门14包括单向和球阀，单向和球阀用于控制水流从A液泵流向土仓注入口。在盾构机掘进过程中，通过实时检测刀盘扭矩、总推力、掘进速度及渣土温度的变化，如出现推力增加、推进速度降低、刀盘扭矩减小、设备及渣土温度升高，则可以判断刀盘存在结泥饼征兆。此时，则立即调整二次注浆A液泵在土仓壁板中心为单口注入，一个土仓注入口12出渣土改良剂，即关闭其中1个球阀，同时配合B液泵出水压注，可更加有效加大对刀盘中心的冲刷，能够快速且有效地推进盾构机施工参数的好转，进而避免刀盘中心泥土导致土仓中心结泥饼，在施工参数注浆调整至最佳稳定后，则可适当降低同时压注时间。

在本申请提供的实施例中，如图1和图3所示，土仓壁板包括两土仓注入口12，即土仓注入口12设置于土仓壁板上，土仓注入管13并联连接两土仓注入口12，两土仓注入口12为土仓壁板上的两应急备用注入口。复合式土压平衡式盾构机在土仓面板上预留部分应急备用注入口，分布于土仓壁板中心位置。可选地，土仓壁板中心附近分布有5个应急备用注入口，五个应急备用注入口分别为：121、122、123、124、125，与A液泵连通的应急备用注入口间隔一个应急备用注入口(如122、125)，进而能够从不同角度对土仓壁板进行冲刷，加快土仓壁板中心泥土的脱落速度，同时能够一定的对冲角度，冲刷的水流能够覆盖较多土仓壁板中心，进而能够降低土仓的温度，防止土仓中心结泥饼。

在本申请提供的实施例中，如图1所示，还包括两子土仓注入管131和两阀门14，两子土仓注入管131与土仓注入管13通过三通管件接头连接，两子土仓注入管131与两土仓注入口12分别连接，两阀门14分别设置于两子土仓注入管131上。相应的，土仓注入管13设置于盾体内部，土仓注入管在盾体内通过三通管件接头分出两根子土仓注入管131，可选地，两子土仓注入管1设置于盾构机中心回转轴线的相对两侧。每根子土仓注入管131上均设置有球阀和单向阀，进而每根子土仓注入管能够单独通过球阀控制管路的开启，并通过单向阀控制水流走向。在盾构机掘进施工中，至少能够开启其中1根管路球阀，也可同时开启2根管路球阀。结合图1和图3，即采用A液单泵可同时对土仓壁中心1-2个土仓注入口(122、125)连通，并通过该1-2个土仓注入口12对土仓壁板11中心进行高压注水冲洗。

在本申请提供的实施例中，结合图1和图2所示，刀盘中心开口设有两第一刀盘注入口21，两第一刀盘注入口21并联连接第一刀盘注入管211。即B液泵32接至刀盘中心开口处其中两个刀盘注入口，由于两个刀盘注入口并联连接，进而将B液泵并联连接在两个刀盘注入口的总管路上，以实现通过B液泵对刀盘中心两个开口的冲洗，避免在刀盘中心开口结泥饼。

在本申请提供的实施例中，如图2、图4以及图5，盾构机还包括设置于刀盘开口中心的两第二刀盘注入口22、并联连接两第二刀盘注入口22的加泥管221，以及设置于刀盘正面中心的加泥孔23、与加泥管221连接的第二刀盘注入管231。其中，在盾构机接入二次注浆泵之前，采用盾构机进行渣土改良时，加泥管221原与加泥孔23连接，第二刀盘注入管231原与第二刀盘注入口22连接。为了能够更加充分的重新刀盘中心开口，同时合理利用原有的盾构机的加泥加水系统，将原渣土改良中距离最近的加泥管路与注入管路进行调换，其中原加泥管路连接的加泥加水系统和注入管路连接的注水系统不改变。如图4和图5所示，采用加泥加水系统5中的加泥管221与第二刀盘注入口22连接，使得加泥加水系统5能压注刀盘中心开口的两第二刀盘注入口22，而注水系统6的注入管231与刀盘中正面中心的加泥孔23连接，使得注水系统6注水压注刀盘面板中心处的加泥孔23。

通过调换原渣土改良中距离最近的加泥管路与注水管路，实现了根据刀盘中心开口所在的位置，以及刀盘中心开口所设置的注入口(包括：第一刀盘注入口、第二刀盘注入口以及加泥孔)，针对性地对刀盘中心开口进行冲刷，同时通过加泥系统较高的泵能以及B液泵的泵能增加了对刀盘中心的冲刷能力，弥补了原注水系统中冲刷能力过低的情况，而原加水系统接入加泥孔，对刀盘中心开口起到辅助冲刷作用，减小了刀盘中心开口堵塞的状况。

在本申请提供的实施例中，参考图1和图2以及图4和图5，刀盘中心设置有四个开口，两第一刀盘注入口21和两第二刀盘注入口22分别设置与刀盘正面中心线的两侧，且两第一刀盘注入口21的连线和两第二刀盘注入口22的连线不交叉。不交叉设置进而避免刀盘注入管的交叉设置，使得盾体内的管线更为整洁。可选地，还包括分别设置于各管路中的传感器装置4，传感器装置4包括流量传感器和压力传感器。传感器装置4能够实时检测各个管线中流量和压力，在压力过大或者过小时，对管线中的流量和压力进行调整。

在本申请提供的实施例中，当二次注浆泵接入渣土改良系统时，基于二次注浆泵的泵能能够解决大多管路堵塞问题，当施工中发现某些管路可能堵塞时，利用本申请实施例提供的系统对管路进行临时连接，可将相应注入口冲开。参考图4和图5，由于盾构机内设置有1#加泥加水系统5、2#加泥加水系统、1#注水系统6以及2#加水系统。在盾构机掘进时，将本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统应用到渣土改良系统中，1#加泥加水系统5和1#注水系统6配合本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，使用时应将泵能调至80％以上，进行大流量间断压注，能够有效预防对应开口位置堵塞。相应的，1#加泥加水系统5通过加泥管221并联连通两第二刀盘注入口22，1#注水系统6通过第二刀盘注入管231与加泥孔23连通。其中，1#加泥加水系统5原是通过加泥管221与加泥孔23连通，1#注水系统6原是通过第二刀盘注入管231与两第二刀盘注入口22连通。

在1#加泥加水系统和1#注水系统连接的注入口修改后的基础上，2#加水系统可以作为备用注水系统，因此，其暂不接如管路，在需要时，将其接入冲刷管路内，保证对刀盘的冲刷能力，避免刀盘中心开口堵塞。2#加泥加水系统、1#注水系统的压注流量可根据渣土改良的干湿程度进行调整，主要配合其他系统对渣土进行干湿控制，以防止管路堵塞。为有效避免注入口堵塞，同时避免在通过防结泥饼系统对刀盘或者土仓冲刷过程中，为避免改良剂注入过多造成渣土过稀，产生喷涌现象，需合理控制改良系统的压注时间和压注量进行，即A液泵、B液泵交替、间隔开启的时间。

在本申请提供给的实施例中，在施工中可根据渣土改良效果将A液泵、B液泵同时接入刀盘开口中心第一、第二刀盘注入口，或同时接入土仓注入口，或接入刀盘面板的各个注入口。本申请提供的盾构机渣土改良系统可应用在盾构掘进过程中的渣土改良过程，包括在使用本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统前，盾构已初期结泥饼或结上轻度泥饼，在应用本申请提供的渣土改良系统时，通过合理压注和调整渣土改良材料清除刀盘或土仓内泥饼，各个注入口用于注入渣土改良剂。同时，本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统中还包括各改良剂注入管路，以及泡沫、加泥、注水等相关设备，以实现盾构机掘进过程中的渣土改良。

在本申请还提供了一种盾构机，其包括刀盘、刀盘后的土仓、土仓后的护盾，以及护盾内实现隧道掘进一次成洞的机械组件，盾构机采用本申请任一实施例提供的的盾构机渣土改良系统。

在本申请提供的实施例中，盾构机渣土改良系统注入的水可以换成改良渣土的泡沫剂，在盾构机掘进过程中避免刀盘和土仓中心结泥饼，同时还可以避免过多的注水导致改良后的渣土过稀，保证渣土改良效果。相应的，采用泡沫剂或分散型泡沫剂对渣土进行改良，提前进行泡沫配比实验，根据刀盘扭矩、总推力、推进速度、螺旋机压力和出土效果等分析，确定最佳压缩空气、泡沫剂、水的配合比，提高土体的流动性，每班及添加泡沫原液后检查发泡效果及渣土改良情况，及时调整泡沫参数配比(如原液1：水24、混合液1:空气8)。

综上，本申请提供的盾构机渣土改良系统包括如下有益效果：

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，将二次注浆泵合理接入盾构机中，充分利用常规盾构施工中的二次注浆设备。在盾构机掘进过程中，采用二次注浆泵向土仓壁板中心的应急备用注入口和刀盘开口的注入口注水，由于二次注浆泵的泵能较大，进而提高了对土仓壁板中心和刀盘中心开口的冲刷能力，使得注入口不容易发生堵塞的情况，避免土仓壁板中心和刀盘中心出现泥饼，同时还避免了泥饼影响盾构机的正常施工。

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，二次注浆泵的A液泵与土仓两应急备用注入口连接，且每个注入口连接的分支管道上均设置有一单向阀和球阀以便于出现推力增加、推进速度降低、刀盘扭矩减小、设备及渣土温度升高时，调整二次注浆A液泵在土仓壁板中心为单口注入(关闭其中1个球阀)，在配合B液同时压注，可更加有效加大对刀盘中心的冲刷，使得施工参数出现好转时间加快，进而提高了施工效率。

本申请实施例提供的盾构机渣土改良系统，采用一个加泥系统压注刀盘中心开口另外一根管路连接的两第二刀盘注入口，同时将该另外一根管路与刀盘面板中心处的加泥注入口连接，即将原渣土改良中距离最近的加泥管路与注入管路进行调换，弥补了原注水系统中冲刷能力过低，采用加泥加水系统对刀盘的中心开口处进行大流量冲刷，减小刀盘中心开口堵塞。

以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。