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