一种土压盾构实现泥水盾构功能的装置及其使用方法与流程

本发明涉及土压盾构，尤其涉及一种土压盾构具备实现泥水盾构功能的装置及其使用方法。

背景技术：

1、随着国内地铁建设的大规模开展，盾构施工工法由于具备安全、高效、适应性广等特点而在地铁及市域铁路区间施工中被广泛使用。目前盾构机分为泥水盾构及土压盾构，两种盾构各有各的优缺点。

2、土压盾构依靠螺机土塞效应建立土仓压力，有效平衡外部土压和水压，保持工作面的稳定性，沉降较小，适用范围广，适合混合地层，弃土较容易处理，费用较低的优势。但在渗透系数高、透水性强、尤其是富水硬岩沙层混合地层掘进时施工难度大，存在着喷涌以及地表沉降难以控制的问题。

3、泥水盾构依靠泥浆控制泥水压力，保持工作面稳定，沉降较小；排土采用泥浆管来输送，水压较高地段也不会出现喷涌现象，但是泥水盾构施工费用较高、管道磨损及清理堵管恢复工效慢，并需要占用较大的场地；泥水盾构在粘性地层及自稳性较好的复合地层施工时，经济型及效率远远小于土压盾构。在应对硬岩及沙层的混合地层施工，也仍然会因为管道排浆限制了泥浆浓度的提高，从而也容易引起地表沉降。

4、由此可以看出，目前盾构施工中土压盾构和泥水盾构各有其局限性，两者优缺点相互对立，在复合地层施工应用如青岛地区将会面临选型、风险、费用等多方面难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种土压盾构具备实现泥水盾构功能的装置及其使用方法，该装置不仅解决了土压盾构在对透水性强、硬岩地层上软下硬掘进中易喷涌及地表沉降难以控制的问题，并且在一台土压盾构上同时实现了土压盾构和泥水盾构的功能，而且两种功能能够在几分钟内进行快速转换，降低了施工成本，提高了施工工效。

2、为达到所述目的，本发明的技术方案是这样实现的，一种土压盾构实现泥水盾构功能的装置，包括：土压盾构机本体、刀盘和螺旋输送机；所述土压盾构机本体的前进端设有土仓壁，土仓壁的一侧与主驱动连接；主驱动通过刀盘牛腿与刀盘连接；所述刀盘与土仓壁和土压盾构机本体前段合围成土仓；所述螺旋输送机的进料口与土仓的底部连通，螺旋输送机的出料口与改变土仓内部压力的压力调节组件连通，压力调节组件与布置在土仓内的压力传感器连接。

3、优选的，还包括泥土输送皮带；所述压力调节组件包括过渡段；所述过渡段的两侧分别设有入料口和出料口，过渡段的底部设有可以开合的水平闸门；所述过渡段的入料口与螺旋输送机的出料口连通，过渡段的水平闸门与泥土输送皮带的接料端对接。

4、优选的，所述压力调节组件还包括耐磨软管和土塞管；所述耐磨软管的一端与过渡段的出料口对接，且对接处设有竖向闸门，耐磨软管的另一端与土塞管的一端连通，耐磨软管可用于盾构转弯时起到软连接作用。

5、优选的，所述土塞管由至少两根拼接短管首尾连接相互拼接而成，且在尾部的拼接短管两侧上设有拉伸油缸和球阀，用于方便调整管节拼装长度以及在堵塞时拉开任意管节进行清理。

6、优选的，所述压力调节组件还包括气垫仓；所述气垫仓的顶部与为气垫仓提供压缩气体的供气装置连通，气垫仓底部的一侧与为气垫仓提供膨润土泥浆的泥土搅拌装置连通，气垫仓底部的另一侧与土仓连通。

7、优选的，所述气垫仓内设有液位传感器；所述气垫仓的工作腔内沿竖直方向划分有用于标记气垫仓内膨润土泥浆容量的高液位线和低液位线；所述液位传感器的检测点设在高液位线和低液位线上。

8、优选的，所述压力调节组件还包括自动补浆控制器；所述自动补浆控制器与供气装置、泥土搅拌装置、液位传感器和压力传感器均电连接。

9、优选的，所述压力传感器安装在土仓壁与刀盘相对的面上。

10、优选的，还包括设备桥；所述设备桥安装在土压盾构机本体的后端；所述气垫仓、泥土输送皮带和土塞管均固定在设备桥上。

11、优选的，所述方法如下：

12、s1，当土压盾构机开启土压模式，被刀盘挖掘的泥土进入土仓，螺旋输送机将土仓内的泥土输送至过渡段中；

13、s2，由操作人员直接打开过渡段的底部的水平闸门，并关闭过渡段上的竖向闸门；过渡段内的泥土直接落到泥土输送皮带的接料端上，落到泥土输送皮带的泥土经过泥土输送皮带输送后落入泥土转运车中，泥土经转运车运出土压盾构机本体的工作区域；

14、s3，当土压盾构机本体开启泥水模式，由操作人员关闭过渡段的底部的水平闸门，并开启竖向闸门；同时操作人员依据土仓内的压力传感器的压力值对土塞管的拼接短管的节数进行调整，创造土塞效应，为土仓提供背压；

15、s4，泥土搅拌装置将膨润土泥浆通过管道注入气垫仓内，直至液位传感器检测到气垫仓内的膨润土泥浆已至气垫仓工作腔的高液位线处时停止注入；

16、s5，自动补浆控制器依据压力传感器的压力值的实时变化，开启供气装置在压力仓顶部注入压缩空气，将气垫仓内的膨润土泥浆经设有单向阀的管路压入土仓中，维持土仓的背压处于稳定状态；

17、s6，土仓中的泥浆经螺旋输送机输送进入土塞管，最终落入停在土塞管后端的泥土转运车中。

18、本发明的有益效果体现在：

19、(1)、本发明通过对土压盾构机的螺旋输送机增加过渡段，过渡段的水平和垂直闸门能够控制渣土的流向，起到控制土压、泥水盾构模式转换作用，同时在土压盾构机的土仓中主动补入泥浆，对土压盾构机土仓的背压进行主动调整，使其始终处于稳定状态，从而确保土压盾构机能够主动应对富水地层出现喷涌问题、或是在上软下硬的硬岩地层进行泥土挖掘时出现的沉降问题，使得土压盾构机能够实现泥水盾构泥膜保压掘进的功能，土塞管以及气垫仓等控制设备成本较低，易于推广。

20、(2)、本发明通过在螺旋输送机的出料口加设过渡段及土塞管，建立土塞效应，对土压盾构机的土仓的背压进行调整，同时设立过渡段，并在过渡段底部设置水平闸门，水平闸门与泥土输送皮带的接料端对接。通过这样的设置，使得土压盾构机在土压模式下只需打开过渡段底部设置水平闸门，即可完成土压模式下泥土转运功能，简单高效。

21、(3)、本发明设置土塞管由至少两根拼接短管首尾连接相互拼接而成，且多节管道上设置土塞管尾部拉伸油缸。通过这样的设置，便于在任意管节处用油缸进行简易调整，使得土塞管的长度能够依据土压盾构机的土仓所需的背压进行调整，提升了装置使用的灵活性与便捷性，减少了操作强度。

22、(4)、本发明设置气垫仓，气垫仓的顶部与供气装置连通，气垫仓底部的两侧分别与泥土搅拌装置和土仓连通。通过在气垫仓中注入泥浆，并通过注入压缩空气将泥浆压入土仓中，从而能够对土仓的背压进行调整，确保土压盾构机在泥水模式下其土仓的背压处于稳定状态。这种自动调节方式不仅能保持土压盾构机的工作面稳定，沉降较小，而且整个调节方式简单高效，易于实现。

23、(5)、本发明在土塞管的拼接短管上设置球阀，通过球阀连接高压水管即可对土塞管进行冲洗，或是通过球阀注入聚合物用于改良土塞管中泥土的粘度，便于产生土塞效应建立背压。

24、(6)、本发明在气垫仓内设置液位传感器和用于标记气垫仓内膨润土泥浆容量的高液位线、低液位线，同时将液位传感器的检测点设在高液位线、低液位线上。通过这样的设置，能够实时检测气垫仓内膨润土泥浆储量的情况，便于及时补充，确保气垫仓的稳定工作，提升了整个装置使用的稳定性。

25、(7)、本发明设置自动补浆控制器；自动补浆控制器与供气装置、泥土搅拌泵送装置、液位传感器和压力传感器均电连接。实际使用时，通过这样的方式，实现自动化控制，提升了装置使用的精度。

26、(8)、本发明在过渡段和土塞管之间设置耐磨软管，从而起到方便转弯和软连接的效果。