一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置及方法，該方法結(jié)合了泥水加壓盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)的工作模式，在泥水加壓盾構(gòu)的基礎上，增加了螺旋排土器和卵石泥漿分選艙，將現(xiàn)有技術(shù)中的攪拌翼改為多個均勻分布的網(wǎng)狀孔。在砂卵石地層掘進過程中，用濃泥漿支護開挖面的穩(wěn)定，同時在排渣方式上使用螺旋排土器與排泥泵相結(jié)合的方式，保證在砂卵石地層的掘進工作時的高效率，結(jié)合了兩種盾構(gòu)的施工特點，防止壓力艙的淤堵，減小排泥管道的磨損，提高掘進效率。
【專利說明】
一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置及方法，屬于地鐵及隧道施工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市軌道交通建設發(fā)展迅速，隧道建設工程量日益增加。盾構(gòu)法隧道施工具有對周邊建筑環(huán)境的影響小、施工速度快，施工自動化程度高、安全性好等優(yōu)點被廣泛的采用，尤其是在建筑密集或地層性質(zhì)特殊的地區(qū)。例如南京、武漢、蘭州等城市的穿河穿江公路隧道就是廣泛采用盾構(gòu)法進行建設，盾構(gòu)法施工技術(shù)在我國將得到越來越廣的發(fā)展及應用。
[0003]盾構(gòu)機的選型，與工程所在的地質(zhì)條件緊密結(jié)合。常用的盾構(gòu)類型分為土壓平衡盾構(gòu)和泥水加壓盾構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)施工適合于以細顆粒為主、透水性較小且擾動后易于形成塑性流動狀態(tài)的地層；而泥水加壓盾構(gòu)適合于滲透性較大的粗砂及砂礫石地層。在地鐵、越江越海隧道的建設過程中，常會遇到施工困難的砂卵石地層，如成都及蘭州地鐵、南京長江隧道等。尤其是在成都及蘭州等地區(qū)，其地層中含有大量的砂卵石，土壓平衡盾構(gòu)不能很好的保持開挖面的穩(wěn)定，易于造成開挖面失穩(wěn)坍塌及低保塌陷等事故;泥水加壓盾構(gòu)能夠在開挖面上形成泥膜，維持開挖面的穩(wěn)定，但在渣土排出時，易出現(xiàn)淤堵、閉塞等情況，并且在輸出廢泥漿過程中常造成排泥管的磨損破壞。因此，針對砂卵石地層盾構(gòu)施工困難的問題，有必要設計出一種新的盾構(gòu)施工技術(shù)，以適應于在砂卵石地層中的高效、安全的掘進施工。
[0004]針對砂卵石地層的現(xiàn)有盾構(gòu)技術(shù)，很少甚至未考慮壓力艙內(nèi)的砂卵石的狀態(tài)；同時，遇到較大粒徑卵石時現(xiàn)有技術(shù)均是在壓力艙內(nèi)使用破碎機進行破碎，破碎效率低;通過排泥管排出卵石泥漿混合物時，未考慮將卵石分離，大大增加了卵石對管道的磨損破壞情況。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置及方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，包括盾構(gòu)機本體，本體的前端設置有刀盤(15)，其特征是，還包括泥漿發(fā)生及處理裝置、進泥管(I)、螺旋排土器(5)、攪拌翼(6)、卵石泥漿分選艙(7)、壓力控制閥(8)、擋板(9)、泥水艙(10)、氣壓艙(11)、密封門(12)、隔板(13)和驅(qū)動軸(14);
所述刀盤(15)與擋板(9)密封形成所述泥水艙(10)，所述驅(qū)動軸(14)的一端橫向設置在所述擋板(9)上，所述攪拌翼(6)轉(zhuǎn)動連接所述驅(qū)動軸(14)遠離擋板(9)的一端，所述驅(qū)動軸(14)位于泥水艙(10)內(nèi)；
所述隔板(13)位于所述攪拌翼(6)與所述擋板(9)之間，所述隔板(13)的一端設置在泥水艙(10)的內(nèi)頂壁上，所述隔板(13)另一端距離所述泥水艙(10)的底壁有一長度A;
所述隔板(13)與所述擋板(9)之間的上端設置有所述氣壓艙(11);
所述進泥管(I)的輸入端連接所述泥漿發(fā)生及處理裝置，所述進泥管(I)的輸出端經(jīng)過擋板(9)連接氣壓艙(11);
所述螺旋排土器(5)的輸入端設置在所述泥水艙(10)內(nèi)，所述螺旋排土器(5)的輸出端連接所述壓力控制閥(8)的一端，所述壓力控制閥(8)的另一端連接所述卵石泥漿分選艙
(7)的輸入端。
[0007]優(yōu)先地，還包括進泥栗(2);所述進泥栗(2)設置在所述進泥管(I)上。
[0008]優(yōu)先地，所述進泥管(I)與所述擋板(9)、所述螺旋排土器(5)與所述擋板(9)連接處均密封設置。
[0009]優(yōu)先地，還包括若干個管片、排泥栗(4)和排泥管(3);所述卵石泥漿分選艙(7)的輸出端連接所述排泥管(3)的輸入端;所述排泥栗(4)設置在所述排泥管(3)上;盾構(gòu)機本體上設置有若干個所述管片。
[0010]優(yōu)先地，所述攪拌翼(6)的翼尾部上設置有若干個均勻分布的網(wǎng)狀孔。
[0011 ]優(yōu)先地，還包括密封艙門(12);所述密封艙門(12)設置在所述卵石泥漿分選艙(7)的底部;所述卵石泥漿分選艙(7)的輸入端處設置有大粒徑篩網(wǎng)，所述大粒徑篩網(wǎng)設置在距離卵石泥漿分選艙(7)輸入端處20?50cmo
[0012]優(yōu)先地，所述盾構(gòu)機本體為圓柱體，A為盾構(gòu)機本體內(nèi)徑的I/4?I /3。
[0013]—種基于適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置的方法，其特征是，包托以下步驟:
步驟一:根據(jù)盾構(gòu)機所在處的砂卵石地層的顆粒級配，配置一定密度的濃泥漿；
步驟二:當盾構(gòu)機在砂卵石地層開挖掘進時，進泥栗(2)將泥漿發(fā)生及處理裝置中的濃泥漿通過進泥管(I)帶入氣壓艙(11)內(nèi)，濃泥漿從氣壓艙(11)流入泥水艙(10)中，氣壓艙
[11]增加泥水艙(10)內(nèi)壓力至設定值，濃泥漿在氣壓艙(11)的壓力作用下支護盾構(gòu)機的開挖面；
步驟三:通過刀盤(15)開挖出的砂卵石從開挖面進入泥水艙(10)內(nèi)，通過攪拌翼(6)的攪拌使得砂卵石與濃泥漿均勻混合；
步驟四:當濃泥漿與砂卵石的混合物密度較小即渣土狀態(tài)較稀時，混合物在氣壓艙
(11)的壓力作用下從螺旋排土器(5)中流入卵石泥漿分選艙(7)內(nèi)；當濃泥漿與砂卵石混合物密度較大或混合物在氣壓艙(11)的壓力作用下無法自行排出時，運行螺旋排土器(5)，通過螺旋排土器(5)中的螺旋葉片將混合物帶入卵石泥漿分選艙(7)中，排出完畢后，螺旋排土器(5)暫停；
步驟五:混合物進入卵石泥漿分選艙(7)后，大粒徑篩網(wǎng)進行大粒徑卵石與濃泥漿的分離，大粒徑卵石被集中留在卵石泥漿分選艙(7)的底部，而濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物在排泥栗(4)的帶動下從排泥管(3)中流入泥漿發(fā)生及處理裝置中；在泥漿發(fā)生及處理裝置中處理濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物，處理后輸出的濃泥漿被重復使用；步驟六:當一環(huán)掘進完畢后，盾構(gòu)機停止工作，拼裝管片時，啟動壓力控制閥(8)，保持卵石泥漿分選艙(7)內(nèi)壓力為常壓，打開密封艙門(12)，將大粒徑卵石排入運輸車運送至地面;當大粒徑卵石排完后，關(guān)閉壓力控制閥(8); 步驟七:新一環(huán)掘進開始后，重復步驟一至步驟六。
[0014]優(yōu)先地，所述步驟一中的濃泥漿的密度范圍為1.15?1.3g/cm3。
[0015]優(yōu)先地，步驟五中大粒徑卵石為粒徑大于等于30mm。
[0016]本發(fā)明所達到的有益效果:
(I)本發(fā)明將特定配制密度的濃泥漿帶入泥水艙中，經(jīng)過攪拌翼的攪拌增大開挖出的砂卵石與濃泥漿的整體混合程度，緩解大粒徑砂卵石沉積在排土出口的問題，極大程度上防止了堵塞效應;攪拌翼上的均勻分布的網(wǎng)狀孔，增大了攪拌翼與混合物的接觸面積，使得攪拌更加充分，提高了攪拌翼的工作效率。
[0017](2)在砂卵石與濃泥漿的混合物排出過程中，在氣壓艙的壓力作用下以整體排出為主，螺旋排土器破碎為輔，螺旋排土器僅影響排出的大粒徑卵石，極大的提高了排土速率。
[0018](3)在卵石泥漿分選艙中，通過大粒徑篩網(wǎng)將大粒徑卵石與小粒徑卵石、濃泥漿分離，使得大粒徑卵石沉入卵石泥漿分選艙的底部，通過運輸車排出，減小了砂卵石與濃泥漿的混合物對排泥管的磨損及破壞，延長了排泥管的使用壽命，在一定程度上節(jié)約了工程成本;同時，減小了砂卵石與濃泥漿的混合物的比重，與現(xiàn)有技術(shù)相比同樣的電功率下排泥管的效率得到一定提高。
[0019](4)本發(fā)明結(jié)合土壓平衡盾構(gòu)及泥水加壓平衡盾構(gòu)的特點，針對砂卵石這一特殊地層，有機的將兩種盾構(gòu)形式結(jié)合，在泥水加壓盾構(gòu)的基礎上，增加螺旋排土器，卵石泥漿分選艙和壓力控制閥，改進其攪拌翼，推進了盾構(gòu)機突出的進一步發(fā)展和進步。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]附圖標記，1-進泥管，2-進泥栗，3-排泥管，4-排泥栗，5-螺旋排土器，6_攪拌翼，7_卵石泥漿分選艙，8-壓力控制閥，9-擋板，10-泥水艙，11-氣壓艙，12-密封艙門，13-隔板，14-驅(qū)動軸，15-刀盤。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]如圖1所示，一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，包括盾構(gòu)機本體，盾構(gòu)機本體為圓柱體，本體的前端設置有刀盤15，還包括泥漿發(fā)生及處理裝置、進泥管1、螺旋排土器5、攪拌翼6、卵石泥漿分選艙7、壓力控制閥8、擋板9、泥水艙10、氣壓艙11、密封門12、隔板13和驅(qū)動軸14;
刀盤15與擋板9密封形成泥水艙10，驅(qū)動軸14的一端橫向設置在擋板9上，攪拌翼6轉(zhuǎn)動連接驅(qū)動軸14遠離擋板9的一端，驅(qū)動軸14位于泥水艙1內(nèi)；
隔板13位于攪拌翼6與擋板9之間，隔板13的一端設置在泥水艙10的內(nèi)頂壁上，隔板13的另一端距離泥水艙1底壁的長度為盾構(gòu)機本體內(nèi)徑的I/4-1/3。
[0024]隔板13與擋板9之間的上端設置有氣壓艙11;
進泥管I的輸入端連接泥漿發(fā)生及處理裝置，進泥管I的輸出端經(jīng)過擋板9連接氣壓艙 11；
螺旋排土器5的輸入端設置在泥水艙10內(nèi)，螺旋排土器5的輸出端連接壓力控制閥8的一端，壓力控制閥8的另一端連接卵石泥漿分選艙7的輸入端。
[0025]進泥栗2設置在進泥管I上。
[0026]進泥管I與擋板9、螺旋排土器5與擋板9連接處均密封設置。
[0027]還包括若干個管片、排泥栗4和排泥管3;卵石泥漿分選艙7的輸出端連接排泥管3的輸入端;排泥栗4設置在排泥管3上;盾構(gòu)機本體上設置有若干個管片。
[0028]攪拌翼6的翼尾部上設置有若干個均勻分布的網(wǎng)狀孔。
[0029]密封艙門12設置在卵石泥漿分選艙7的底部;卵石泥漿分選艙7的輸入端處設置有大粒徑篩網(wǎng)。所述大粒徑篩網(wǎng)設置在距離卵石泥漿分選艙7輸入端處20?50cm。
[0030]一種基于適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置的方法，包托以下步驟:
步驟一:根據(jù)盾構(gòu)機所在處的砂卵石地層的顆粒級配，配置一定密度的濃泥漿；
步驟二:當盾構(gòu)機在砂卵石地層開挖掘進時，進泥栗2將泥漿發(fā)生及處理裝置中的濃泥漿通過進泥管I帶入氣壓艙11內(nèi)，濃泥漿從氣壓艙11流入泥水艙10中，氣壓艙11增加泥水艙10內(nèi)壓力至設定值，濃泥漿在氣壓艙11的壓力作用下支護盾構(gòu)機的開挖面；
步驟三:通過刀盤15開挖出的砂卵石從開挖面進入泥水艙10內(nèi)，通過攪拌翼6的攪拌使得砂卵石與濃泥漿均勻混合，攪拌翼6的攪拌作用減緩了砂卵石向底部沉積的時間；
步驟四:當濃泥漿與砂卵石的混合物密度較小即渣土狀態(tài)較稀時，混合物在氣壓艙11的壓力作用下從螺旋排土器5中流入卵石泥漿分選艙7內(nèi)；當濃泥漿與砂卵石混合物密度較大或混合物在氣壓艙11的壓力作用下無法自行排出時，運行螺旋排土器5，通過螺旋排土器5中的螺旋葉片將混合物帶入卵石泥漿分選艙7中，排出完畢后，螺旋排土器5暫停；
步驟五:混合物進入卵石泥漿分選艙7后，大粒徑篩網(wǎng)進行大粒徑卵石與濃泥漿的分離，大粒徑卵石被集中留在卵石泥漿分選艙7的底部，而濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物在排泥栗4的帶動下從排泥管3中流入泥漿發(fā)生及處理裝置中；在泥漿發(fā)生及處理裝置中處理濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物，處理后輸出的濃泥漿被重復使用；
步驟六:當一環(huán)掘進完畢后，盾構(gòu)機停止工作，拼裝管片時，啟動壓力控制閥8，保持卵石泥漿分選艙7內(nèi)壓力為常壓，打開密封艙門12，將大粒徑卵石排入運輸車運送至地面；當大粒徑卵石排完后，關(guān)閉壓力控制閥8;
步驟七:新一環(huán)掘進開始后，重復步驟一至步驟六。
[0031 ]步驟一中的濃泥漿的密度范圍為1.15-1.3g/cm3。
[0032]步驟五中大粒徑卵石為粒徑大于等于30mm。
[0033]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，包括盾構(gòu)機本體，本體的前端設置有刀盤(15)，其特征是，還包括泥漿發(fā)生及處理裝置、進泥管(1)、螺旋排土器(5)、攪拌翼(6)、卵石泥漿分選艙(7)、壓力控制閥(8)、擋板(9)、泥水艙(10)、氣壓艙(11)、密封門(12)、隔板(13)和驅(qū)動軸(14); 所述刀盤(15)與擋板(9)密封形成所述泥水艙(10)，所述驅(qū)動軸(14)的一端橫向設置在所述擋板(9)上，所述攪拌翼(6)轉(zhuǎn)動連接所述驅(qū)動軸(14)遠離擋板(9)的一端，所述驅(qū)動軸(14)位于泥水艙(10)內(nèi)； 所述隔板(13)位于所述攪拌翼(6)與所述擋板(9)之間，所述隔板(13)的一端設置在泥水艙(10)的內(nèi)頂壁上，所述隔板(13)另一端距離所述泥水艙(10)的底壁有一長度A; 所述隔板(13)與所述擋板(9)之間的上端設置有所述氣壓艙(11); 所述進泥管(I)的輸入端連接所述泥漿發(fā)生及處理裝置，所述進泥管(I)的輸出端經(jīng)過擋板(9)連接氣壓艙(11); 所述螺旋排土器(5)的輸入端設置在所述泥水艙(10)內(nèi)，所述螺旋排土器(5)的輸出端連接所述壓力控制閥(8)的一端，所述壓力控制閥(8)的另一端連接所述卵石泥漿分選艙(7)的輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，還包括進泥栗(2);所述進泥栗(2)設置在所述進泥管(I)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，所述進泥管(I)與所述擋板(9)、所述螺旋排土器(5)與所述擋板(9)連接處均密封設置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，還包括若干個管片、排泥栗(4)和排泥管(3);所述卵石泥漿分選艙(7)的輸出端連接所述排泥管(3)的輸入端;所述排泥栗(4)設置在所述排泥管(3)上;盾構(gòu)機本體上設置有若干個所述管片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，所述攪拌翼(6)的翼尾部上設置有若干個均勻分布的網(wǎng)狀孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，還包括密封艙門(12);所述密封艙門(12)設置在所述卵石泥漿分選艙(7)的底部;所述卵石泥漿分選艙(7)的輸入端處設置有大粒徑篩網(wǎng)，所述大粒徑篩網(wǎng)設置在距離卵石泥漿分選艙(7)輸入端處20~50cmo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置，其特征是，所述盾構(gòu)機本體為圓柱體，A為盾構(gòu)機本體內(nèi)徑的I/4-1/3。8.一種基于適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置的方法，其特征是，包托以下步驟: 步驟一:根據(jù)盾構(gòu)機所在處的砂卵石地層的顆粒級配，配置一定密度的濃泥漿； 步驟二:當盾構(gòu)機在砂卵石地層開挖掘進時，進泥栗(2)將泥漿發(fā)生及處理裝置中的濃泥漿通過進泥管(I)帶入氣壓艙(11)內(nèi)，濃泥漿從氣壓艙(11)流入泥水艙(10)中，氣壓艙(11)增加泥水艙(10)內(nèi)壓力至設定值，濃泥漿在氣壓艙(11)的壓力作用下支護盾構(gòu)機的開挖面； 步驟三:通過刀盤(15 )開挖出的砂卵石從開挖面進入泥水艙(1 )內(nèi)，通過攪拌翼(6 )的攪拌使得砂卵石與濃泥漿均勻混合； 步驟四:當濃泥漿與砂卵石的混合物密度較小即渣土狀態(tài)較稀時，混合物在氣壓艙(11)的壓力作用下從螺旋排土器(5)中流入卵石泥漿分選艙(7)內(nèi)；當濃泥漿與砂卵石混合物密度較大或混合物在氣壓艙(11)的壓力作用下無法自行排出時，運行螺旋排土器(5)，通過螺旋排土器(5)中的螺旋葉片將混合物帶入卵石泥漿分選艙(7)中，排出完畢后，螺旋排土器(5)暫停； 步驟五:混合物進入卵石泥漿分選艙(7)后，大粒徑篩網(wǎng)進行大粒徑卵石與濃泥漿的分離，大粒徑卵石被集中留在卵石泥漿分選艙(7)的底部，而濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物在排泥栗(4)的帶動下從排泥管(3)中流入泥漿發(fā)生及處理裝置中；在泥漿發(fā)生及處理裝置中處理濃泥漿和一些小粒徑卵石的砂礫混合物，處理后輸出的濃泥漿被重復使用； 步驟六:當一環(huán)掘進完畢后，盾構(gòu)機停止工作，拼裝管片時，啟動壓力控制閥(8)，保持卵石泥漿分選艙(7)內(nèi)壓力為常壓，打開密封艙門(12)，將大粒徑卵石排入運輸車運送至地面;當大粒徑卵石排完后，關(guān)閉壓力控制閥(8); 步驟七:新一環(huán)掘進開始后，重復步驟一至步驟六。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置的方法，其特征是，所述步驟一中的濃泥楽的密度范圍為1.15?1.3g/cm3。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于適用于砂卵石地層的濃泥盾構(gòu)施工裝置的方法，其特征是，步驟五中大粒徑卵石為粒徑大于等于30_。
【文檔編號】E21D9/12GK106089221SQ201610443407
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】朱偉, 錢勇進, 閔凡路, 張寧, 杜瑞
【申請人】河海大學