一种高压水射流盾构机的安全运行装置、系统及方法

本发明属于盾构机，具体涉及一种高压水射流盾构机的安全运行装置、系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、盾构技术作为现有地下施工的主力技术，其施工过程不会造成地面沉降、不会阻断交通运行、不需要大面积拆迁，具备良好的社会及生态价值，越来越受到地下管道建设部门的青睐。

3、盾构法施工可在防止开挖面坍塌、保持开挖面稳定的前提下，同时进行隧道的开挖作业和衬砌作业，具有安全、高效、对地面扰动小等优点。然而，在城市地下空间工程施工过程中，盾构机经常会遭遇到各类地下障碍物，例如地下桩基、地下连续墙等钢筋混凝土构筑物，以及复合地层等复杂开挖条件。针对这类施工条件，盾构机在使用机械刀具掘进时，对钢筋的切割效果较差，容易导致钢筋缠绕刀盘，造成设备卡机等问题，严重影响施工效率，并易引发安全隐患。

4、目前，高压磨料水射流作为新型破岩技术，具有清洁环保、高效、易于实现等优势，将高压射流技术与盾构相结合，高压射流先冲蚀钢筋造成预损伤，盾构刀具再进行切割，不仅可以高效破除钢筋混凝土，还可降低刀具损耗，在盾构高效穿越城市障碍物难题方面具有巨大潜力。

5、高压水射流喷射速度可达上百米每秒，水射流系统在运行过程中可能出现许多问题，比如由于误操作导致射流直接冲射人体，对操作人员生命安全造成伤害；同时，也可能由于管路堵塞等原因，造成系统压力过高无法疏解，而对元器件造成不同程度的损坏，从而无法保证系统的安全可靠性。当前，针对高压水射流盾构机的安全运行装置、系统及方法的相关研究与设计相对较少。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种高压水射流盾构机的安全运行装置、系统及方法，本发明可以起到压力及时疏通、降低和安全保护作用，避免造成对人员的伤害和设备损坏，确保高压射流系统的安全运行。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种安全运行装置，设置在连接高压泵组和回转中心的软管上，包括和所述软管连通的两个分支管路，以及所述分支管路上分别设置的控制阀，分支管路的另一端均和外部连通，根据高压射流系统的工作状态控制各个控制阀的开关，以改变所述高压射流的压力。

4、作为可选择的实施方式，所述安全运行装置的一个分支管路上设置有电磁阀，另一个分支管路上设置有球阀，当电磁阀或/和球阀开通时，对高压射流进行泄压。

5、作为可选择的实施方式，所述电磁阀为常开式电磁阀。

6、作为可选择的实施方式，还包括压力检测预警系统，所述压力检测预警系统包括多个压力检测元件和控制器，所述压力检测元件设置在软管或/分支管路上，用于检测管路内的压力，并将其传输给控制器。

7、作为可选择的实施方式，还包括人员感应预警系统，所述人员感应预警系统包括多个红外检测设备和控制器，所述红外检测设备设置在刀盘处，用于检测刀盘处的检修人员，并将其传输给控制器。

8、一种高压射流系统，包括存储设备、高压泵组、上述安全运行装置、回转中心和高压分配器，其中：

9、所述存储设备用于存储射流物料；

10、所述高压泵组包括级联的若干高压泵，用于对射流物料加压，形成高压射流，输送至软管；

11、所述软管的一端连接高压泵组，将高压射流输送至回转中心，所述软管的其中一段设置有安全运行装置，所述安全运行装置根据高压射流系统的工作状态控制各个控制阀的开关，以改变所述高压射流的压力；

12、所述软管的另一端连接回转中心，通过回转中心和刀盘处的高压分配器连接，所述高压分配器连接有多个分流管路，用于对软管内输送的高压射流进行分流，输送至各个射流喷嘴处。

13、作为可选择的实施方式，所述软管具有多节，各节软管通过高压接头连接。

14、作为可选择的实施方式，所述软管外层套设有软管保护套。以减少泄漏风险。

15、作为可选择的实施方式，所述分流管路沿刀盘设置有弯折部，所述弯折部，以及分流管路和射流喷嘴的连接处，均设置有加固管套。

16、作为可选择的实施方式，还包括土仓，所述土仓设置在刀盘背面，且其上设置有观察门。

17、基于上述装置的作业方法，包括以下步骤：

18、根据作业要求，在高压射流运行时，关闭安全运行装置所有分支管路的控制阀；

19、在高压射流出现堵塞，管路内压力超过预警值时，开通至少其中一个分支管路，对管路进行卸压；

20、在刀盘需要检修作业时，同时开通两个分支管路。

21、一种盾构机，包括上述装置或高压射流系统。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、本发明通过设置多节拖车共用的长软管、管外软管保护套和土仓观察门等各种防护措施，在原射流系统中接入由管路、电磁阀、球阀等装置构成的一套安全运行装置，按照安全运行方法操作，可对系统潜在泄漏风险进行防护，起到误操作时压力及时疏通、降低和安全保护作用，避免造成对人员的伤害和设备损坏，从而确保该高压射流系统的安全运行。

24、本发明有效可靠，系统运转过程中可通过观察门对土仓内人和物进行监测，可及时且直观发现问题，有效保障了设备正常运行与人员人身安全；系统运行时可通过调整电磁阀与球阀的开闭，控制装置内管路的连通，只有当电磁阀与球阀都关闭时，水射流系统才可以正常运行，即使同时误操作高压泵和电磁阀，高压水也会流出卸载，因此电磁阀与球阀起到了双重防护作用，可有效确保系统的安全运行。

25、本发明的操作简便、原理简单，防护措施只需要按照计划图纸安装，各防护构件常见易得；运行时通过控制分路闭合实现工作与泄压，只需通过简单开闭装置内的电磁阀与球阀即可运行装置，且管路异常高压时系统将自动断电使电磁阀泄压，刀盘处有人员进行检修作业时系统也会使球阀泄压，基本不需要对操作人员进行大量培训，便于快速上手。

26、本发明成本低、不用对装置进行大的改动，只需在高压泵组与中心回转接头的软管管路接入一套安全运行装置即可，不用耗费其他材料，经济效益高，便于推广应用。

27、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种安全运行装置，其特征是，设置在连接高压泵组和回转中心的软管上，包括和所述软管连通的两个分支管路，以及所述分支管路上分别设置的控制阀，分支管路的另一端均和外部连通，根据高压射流系统的工作状态控制各个控制阀的开关，以改变所述高压射流的压力。

2.如权利要求1所述的一种安全运行装置，其特征是，一个分支管路上设置有电磁阀，另一个分支管路上设置有球阀，当电磁阀或/和球阀开通时，对高压射流进行泄压。

3.如权利要求1或2所述的一种安全运行装置，其特征是，还包括压力检测预警系统，所述压力检测预警系统包括多个压力检测元件和控制器，所述压力检测元件设置在软管或/分支管路上，用于检测管路内的压力，并将其传输给控制器。

4.一种高压射流系统，其特征是，包括存储设备、高压泵组、权利要求1-3中任一项所述的安全运行装置、回转中心和高压分配器，其中：

5.如权利要求4所述的一种高压射流系统，其特征是，所述软管具有多节，各节软管通过高压接头连接。

6.如权利要求4所述的一种高压射流系统，其特征是，所述软管外层套设有软管保护套。以减少泄漏风险。

7.如权利要求4所述的一种高压射流系统，其特征是，所述分流管路沿刀盘设置有弯折部，所述弯折部，以及分流管路和射流喷嘴的连接处，均设置有加固管套。

8.如权利要求4所述的一种高压射流系统，其特征是，还包括土仓，所述土仓设置在刀盘背面，且其上设置有观察门。

9.基于权利要求1-3任一项所述的装置或权利要求4-8中任一项所述的系统的作业方法，其特征是，包括以下步骤：

10.一种盾构机，其特征是，权利要求1-3任一项所述的装置或权利要求4-8中任一项所述的系统。

技术总结本发明提供了一种高压水射流盾构机的安全运行装置、系统及方法，装置设置在连接高压泵组和回转中心的软管上，包括和所述软管连通的两个分支管路，以及所述分支管路上分别设置的控制阀，分支管路的另一端均和外部连通，根据高压射流系统的工作状态控制各个控制阀的开关，以改变所述高压射流的压力。本发明可以起到压力及时疏通、降低和安全保护作用，避免造成对人员的伤害和设备损坏，确保高压射流系统的安全运行。技术研发人员：李彪,黎涵勖,张波,张建成,郭旭,王纪文受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20