一种混合注浆块及其控制方法、掘进机及其施工方法与流程

本发明涉及混合注浆，特别是指一种混合注浆块及其控制方法、掘进机及其施工方法。

背景技术：

1、盾构机注浆装置，是盾构机在掘进过程中用于填补管片外壁与开挖轮廓之间超挖量的部件，而在盾构机注浆装置中，最重要的组成部分则是注浆块。注浆块一般用于注浆出口，特别是双液注浆块，还承担着a液、b液混合以及部分凝结的作用，因此双液注浆块内存在极大的堵塞风险，会出现浆液凝固堵塞注浆通道的情况，进而导致无法完成注浆，甚至被迫停止盾构机的掘进操作。目前注浆装置的双液注浆块一般采用双管式并行注浆或插管式注浆，针对浆液凝结甚至堵塞的问题，目前普遍采用反冲洗或附加疏通装置的做法。

2、为了解决上述问题，授权公告日2021.10.15、授权公告号为cn 214403579 u的中国实用新型专利公开了一种盾构机双液注浆装置，包括外壳，外壳内设置有活塞调节通道，所述外壳内安装有阀块，活塞调节通道穿设在阀块内且阀块内穿设有水通道和混合液通道，活塞调节通道通过活塞调节机构分别与水通道和混合液通道相连通。该实用新型将双液注浆块主体阀块位于外壳尾部，阀块长度大幅度减小，并且将各通道集成在阀块内，利用活塞调节通道内活塞调节机构切换不同通道液体流向，整体实现了双液注浆和设备自清洗。

3、申请公布日为2022.11.08、申请公布号为cn 115306444 a的中国发明专利申请公开了一种双液注浆装置、掘进机用双液注浆系统及掘进机，所述双液注浆装置包括：第一通道，用于输送第一浆液或清洁介质；第二通道，用于输送第二浆液；第三通道，设置有可移动的活塞结构；第四通道，用于输送清洁介质；注浆口，与第三通道正对设置，活塞可移动至注浆口，将注浆口堵塞，或移动至第四通道与第三通道的连接处，以堵塞第四通道；第一通道和第二通道均与注浆口连通，第二通道与第三通道相邻设置。该发明提供的双液注浆装置中的第一浆液与第二浆液混合后流动较短的距离便可以由注浆口流出，避免混合后的浆液因流动距离较长而发生堵塞。

4、再如授权公告日为2019.03.11、授权公告号为cn 209179767 u的中国实用新型专利所公开的，一种具有冲洗功能的盾尾注浆装置，也是通过活塞疏通混合管路的凝结块，并通过冲洗水冲洗混合管路以及a液注浆管路；授权公告日为2020.03.24、授权公告号为cn210178351 u的中国实用新型专利，也是通过液压腔推动两个移动活塞，对管路内壁进行清理防止堵塞发生。

5、然而，现有技术的解决凝结堵塞问题的方案仅考虑如何清理凝结块，对于降低双液注浆过程中凝结发生概率的解决方法基本没有涉及；除此之外，现有的技术方案没有考虑双液注浆块内管路布局设计对浆液凝结和反冲洗效果的影响，使得现有方案无法完全解决双液注浆块内浆液堵塞的问题。因此从流体仿真的角度出发，设计能够降低堵塞风险并提高清洗质量的管路布局方案显得尤为重要。

6、综上所述，现有技术方案存在以下局限性：

7、一、现有的双液注浆块在解决管路凝结堵塞问题时，多采用反冲洗或疏通装置等后处理方式，不具备降低管路凝结堵塞发生概率的相关结构设计。因此，需要提出一种基于双液凝结特性的，具有低堵塞风险的双液注浆块结构设计新方案。

8、二、现有双液注浆块内的流道设计缺少相关流体仿真等理论参考依据，使得现有的流道设计方案在实际注浆过程中存在大量可能导致凝固堵塞的风险点。因此基于流体仿真软件，设计具有低堵塞风险的双液注浆块内流道是新方案的重点。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种混合注浆块及其控制方法、掘进机及其施工方法，解决了现有双液注浆块无法降低管路凝结堵塞发生概率的技术问题。

2、本技术的技术方案为：

3、一种混合注浆块，包括设置有第一通道的注浆阀块，第一通道通过第二通道与第三通道相连，第三通道与第四通道相连，所述第一通道与第二通道之间设置有控制通断的第一活塞机构和进液管出口，所述第二通道、第三通道与第四通道之间设置有控制通断的第二活塞机构。本发明中的第一通道可以用于输送清洗液，第一活塞机构能够控制清洗液能否进入第二通道，位于第二通道内的进液管出口可以向第二通道内输送混合介质中的一种介质，当第一活塞机构截断第一通道与第二通道的连通时，进液管出口向第二通道内输送用于混合的一种介质，该介质单独进入第二通道而不会直接与其他介质直接混合，进而能够降低阻塞概率；同时，第二活塞机构打开时，第四通道可以向第三通道输送其他介质，进而与第二通道输送至第三通道内的介质混合，各种介质在第三通道内混合后，从第三通道内排出；当第一活塞机构打开时，来自第一通道内的清洗液可以清洗进液管出口，同时第二活塞机构伸出而清理用于混合多种介质的第三通道，并对第三通道的出口进行封堵，进入第二通道的清洗液能够通过第三通道、第四通道而排出。

4、进一步地，所述第一活塞机构包括与第一通道或第二通道密封配合的活动挡块，活动挡块背离第二通道的一端连接有液压伸缩杆或气动伸缩杆或电动伸缩杆。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的混合注浆块，即第一活塞机构通过活动挡块滑动密封，而第一活塞机构的动力源可以选用适于实用的直线伸缩装置，除了液压伸缩杆或气动伸缩杆或电动伸缩杆外，还可以选用其他驱动方式，能够实现活动挡块的伸缩往复运动即可。

5、进一步地，所述第一活塞机构包括与第一通道或第二通道密封配合的活动挡块，活动挡块背离第二通道的一端设置有拉伸弹簧，注浆阀块内设置有通向拉伸弹簧的加压通道。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的混合注浆块，简化了第一活塞机构的系统构成，无需使用液压伸缩杆或气动伸缩杆或电动伸缩杆等直线伸缩装置，而设计了用于推出活动挡块的加压通道、用于拉回活动挡块的拉伸弹簧，进而实现活动挡块的伸缩；同时，也可以采用推出活动挡块的压缩弹簧、用于推回活动挡块的加压通道，只要能够实现驱动活动挡块伸缩即可。

6、进一步地，贯穿所述活动挡块设置有进液管，进液管的出口为所述进液管出口，进液管相对注浆阀块静止设置，当活动挡块位移时进液管保持静止。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的混合注浆块，将进液管与活动挡块同轴设置，既能简化结构、便于加工的装配，而且进液管还能为活动挡块提供导向作用，同时，当进液管的出口径向尺寸较大时，进液管的端部还能对活动挡块的轴向位置进行限位。

7、进一步地，所述进液管出口设置有出液单向阀。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的混合注浆块，既能防止进液管输出的介质回灌，又能够在清洗状态下避免清洗液从第一通道、第二通道进入进液管内，同时，又能够在第一通道的出口、第二通道的入口处直接对出液单向阀进行清洗。

8、进一步地，所述第一活塞机构通过第一套筒设置在注浆阀块内，第一套筒内设置有局部的第二通道、活动挡块的滑动通道，滑动通道背离第二通道的一端设置有定位座，所述拉伸弹簧设置在滑动挡块与定位座之间，所述加压通道与滑动挡块与定位座之间的腔体连通。

9、进一步地，所述进液管依次穿过所述定位座、拉伸弹簧和活动挡块。

10、进一步地，所述第二活塞机构包括双头活塞，当双头活塞缩回时，所述第二通道、第三通道、第四通道连通；当双头活塞伸出时，双头活塞封堵第三通道的出口，所述第二通道通过第三通道与第四通道连通。

11、进一步地，所述双头活塞的两端均与第三通道滑动密封配合，双头活塞两端部的直径大于中部的直径。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的混合注浆块，通过双头活塞既可以控制各个通道的之间的连通状态，又能够对第三通道进行清理。

12、进一步地，所述第三通道通过活塞套筒设置在注浆阀块内，双头活塞的背离第三通道的一端连接有液压伸缩杆或气动伸缩杆或电动伸缩杆。

13、进一步地，所述第一通道、第二通道、第三通道、第四通道均包括相互平行的横向通道，所述第一通道包括通向第二通道的横向通道的第一倾斜通道，所述第二通道包括通向第三通道的第二倾斜通道，所述第二倾斜通道在流通方向上位于第一倾斜通道的前部，所述进液管出口位于第一通道的横向通道内。

14、进一步地，所述第四通道包括通向第三通道的第四倾斜通道，所述第二倾斜通道在流通方向上位于第四倾斜通道的前部。

15、进一步地，所述第一通道、第二通道、第三通道、第四通道的布局方式、直径尺寸、连接处的结构、弯曲处的曲率半径均通过流体仿真设计。

16、一种混合注浆块控制方法，采用上述任一项所述的混合注浆块，将在注浆状态时，控制第一活塞机构伸出，第一活塞机构的活动挡块封堵第一通道，同时控制第二活塞机构缩回，第二活塞机构的双头活塞解除对第三通道的出口的封堵，所述第二通道、第三通道、第四通道连通，a液经由第四通道流入第三通道，b液从进液管出口先流入第二通道，之后流入第三通道；a液、b液在第三通道混合后排出。

17、在清洗状态时，控制第一活塞机构缩回，第一通道与第二通道连通，同时控制第二活塞机构伸出，第二活塞机构的双头活塞封堵第三通道的出口，所述第二通道通过第三通道与第四通道连通，清洗液经过第一通道流入第二通道，清洗液清洗进液管出口和第二通道，清洗液从第二通道排出后清洗第二活塞机构的双头活塞，最后清洗液通过第四通道排出。

18、一种掘进机，包括上述任一项所述的混合注浆块。

19、一种掘进机施工方法，采用所述掘进机，将在注浆状态时，a液、b液在所述第三通道混合后，排出至管片外壁与开挖轮廓之间的缝隙内；在清洗状态时，清洗液通过第四通道排出至管片外壁与开挖轮廓之间的缝隙外。

20、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：

21、（1）本发明不仅提供了一种具有降低混凝土浆液堵塞风险的混合注浆块，而且提供了混合注浆块降低混凝土浆液堵塞风险的控制方法，还提供了一种具有降低混凝土浆液堵塞风险的掘进机，还提供了一种掘进机降低混凝土浆液堵塞风险的施工方法，可以用于盾构机施工过程中的双液注浆，也可以用于其他混合输液、混合注浆等施工场景，不仅可以用于双液注浆，通过调整通道的数量，还可以用于多种介质的混合输送。将b液注入管嵌套入具有反冲洗功能的管路中，通过第一活塞机构控制阀门开启、关闭反冲洗管路，再将嵌套有b液注入管的反冲洗管路与混合管路相接，从而避免b液注入端暴露在混合浆液中，在反冲洗过程中，清洁液可优先对b液注入端进行即时充分的清洗，降低了混凝土浆液凝固堵塞注浆管路的风险。

22、（2）本发明可以同时解决两处凝结高发区内的浆液凝结堵塞现象，在注浆状态时，保证双液充分混合，并降低注浆块内凝固堵塞的风险，在清洗状态时，保证反冲洗流程的正常进行，以及针对重点区域的清洗和活塞疏通操作，大大降低了注浆块内部各处的堵塞风险。