具有泥浆环流系统的泥水盾构机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程施工设备领域，尤其是涉及一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机。
【背景技术】
[0002]泥浆环流系统是泥水平衡盾构机的核心系统，环流系统的主要作用是带走盾构机刀盘切削下来的渣土，并依靠环流系统控制开挖仓内泥浆的压力来平衡掌子面的水压和土压，维持掌子面稳定，从而保证盾构机正常掘进。泥浆环流系统性能的优劣，直接决定了泥水平衡盾构机的性能。泥水平衡盾构机泥浆环流系统的性能优劣主要体现在携渣能力和精确压力控制功能。
[0003]目前的泥水平衡盾构机泥浆环流系统有直接控制和间接控制两种控制方式，直接控制方式是泥水盾构机盾体内设计一个主动或被动气垫仓体，出浆口位于开挖仓体的底部，泥浆环流系统的压力直接用调节泥浆栗的流量来控制。这种方式适用于大颗粒含量少、掌子面较稳定的地层。然而对于大粒径石块含量较多的底层适用性较差。
[0004]间接控制式泥水平衡盾构机盾体内设计一个气垫仓体，一般在盾构机施工时，气垫仓体内有一半气体一半泥浆，气垫仓体的气体压力由一套PID控制系统来自动精确的控制，开挖仓体与气垫仓体通过盾体前隔板底部的泥浆口进行连通，同时泥浆口位置设计有一闸门，可利用其关闭来隔断开挖舱与气垫舱，其压力控制取决于气垫仓体上部气体的压力，从而可以通过精确控制气体压力来精确控制泥浆压力。间接控制式的泥水盾构适用于地层变化较多，稳定性较差的地层，同时在气垫仓体的底部设计有破碎机构，可以对大粒径的石块进行破碎。但由于气垫仓体的存在，在渣土流动性较差时，渣土容易堆积在气垫仓体内，造成堵仓。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种具有泥浆环流系统的泥水盾构机，所述具有泥浆环流系统的泥水盾构机具有地层适应性广、掘进功能强的特点。
[0006]根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，包括:开挖仓体，所述开挖仓体的上游侧敞开；刀盘，所述刀盘可转动地设在所述开挖仓体的所述上游侧；气垫仓体，所述气垫仓体设在所述开挖仓体的下游侧；闸门，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体和所述气垫仓体之间以用于控制所述开挖仓体和所述气垫仓体的连通和隔绝；进浆组件，所述进浆组件包括第一进浆管和第二进浆管，所述第一进浆管的出浆口连通至所述开挖仓体，所述第二进浆管的出浆口连通至所述气垫仓体；排浆组件，所述排浆组件包括第一排浆管和第二排浆管，所述第一排浆管的进浆口连通至所述开挖仓体，所述第二排浆管的进浆口连通至所述气垫仓体；保压装置，所述保压装置包括连通至所述气垫仓体的通气口，所述保压装置通过所述通气口向所述气垫仓体内注入气体和使所述气垫仓体排出气体；以及碎石装置，所述碎石装置设在所述第二排浆管的所述进浆口的上游侧，其中，所述泥浆环流系统构造成可实现第一工作模式和第二工作模式，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述闸门关闭以隔绝所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第一排浆管打开以从所述开挖仓体抽出浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述碎石装置和所述保压装置均开启，所述闸门打开以连通所述开挖仓体和所述气垫仓体，所述第一进浆管打开以向所述开挖仓体通入浆液，所述第二进浆管打开以向所述气垫仓体通入浆液，所述第二排浆管打开以从所述气垫仓体抽出浆液。
[0007]根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机，可以使泥水盾构机实现第一工作模式和第二工作模式的切换运行，从而能够很好的适应细颗粒沙土、淤泥地层以及含大粒径卵石、硬岩地层，并能轻松解决因地层不稳造成的压力波动问题，和因大粒径固体物质过多而导致气垫仓体堵塞的问题，进而提高了泥水盾构机对压力波动的控制能力和顺利出渣的能力，减小了盾构施工时对地层的影响，提高了泥水盾构机的适应性和掘进能力。
[0008]根据本发明的一些实施例，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式，且当所述开挖仓体的压力波动值超出第一预设精度范围时，所述泥浆环流系统采用调节措施或切换措施使所述开挖仓体的压力波动值在第一预设精度范围内，其中，所述调节措施为调节所述第一进浆管和所述第一排浆管的流量，所述切换措施为所述泥浆环流系切换实现第二工作模式。
[0009]可选地，所述泥浆环流系统构造成优先采用调节措施，当所述调节措施失效时，所述泥浆环流系统再采用切换措施。
[0010]进一步地，所述第一预设精度范围为±0.2bar。
[0011]根据本发明的一些实施例，所述保压装置用于控制所述气垫仓体的压力波动值在第二预设精度范围内。
[0012]可选地，所述第二预设精度范围为±0.lbar。
[0013]根据本发明的一些实施例，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第一排浆管同时打开以从所述开挖仓体抽出浆液。
[0014]根据本发明的一些实施例，所述第一进浆管包括第一进浆支管和第二进浆支管，所述第一进浆支管的一端和所述第二进浆支管的一端连通，所述第一进浆支管的另一端和所述第二进浆支管的另一端均连通至所述开挖仓体，当所述泥浆环流系统实现所述第一工作模式时，所述第一进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液，当所述泥浆环流系统实现所述第二工作模式时，所述第二进浆支管打开以向所述开挖仓体通入浆液。
[0015]进一步地，所述第一进浆支管为一个，所述第二进浆支管为多个，每个所述第二进浆支管的管径均小于所述第一进浆支管的管径。
[0016]更进一步地，多个所述第二进浆支管在所述刀盘的径向和/或周向上间隔开分布。
[0017]根据本发明的一些实施例，所述第二进浆管为多个。
[0018]根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述第二进浆管的所述出浆口与所述气垫仓的中下部连通，所述保压装置的所述通气口与所述气垫仓的中上部连通。
[0019]根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述泥浆环流系统进一步包括:连通管，所述连通管的一端连通至所述开挖仓体的顶部，所述连通管的另一端连通至所述气垫仓体的底部。
[0020]根据本发明的一些实施例，所述泥水盾构机卧式设置，所述闸门可开关地设在所述开挖仓体的底部和所述气垫仓体的底部之间。
[0021]在本发明的一些实施例中，所述碎石装置设在所述气垫仓体内。
[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0023]图1是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的局部结构示意图，其中闸门处于打开状态，泥浆环流系统处于第二工作模式的状态；
[0024]图2是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的局部结构示意图，其中闸门处于关闭状态，泥浆环流系统处于第一工作模式的状态；
[0025]图3是根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾构机的构成示意图。
[0026]附图标记:
[0027]泥水盾构机100，
[0028]开挖仓体1，刀盘2,气垫仓体3,闸门4，
[0029]进浆组件5,第一进浆管51，第一进浆支管511，第二进浆支管512，
[0030]第二进浆管52，
[0031]排浆组件6,第一排浆管61，第二排浆管62，
[0032]保压装置7，碎石装置8，连通管9。
【具体实施方式】
[0033]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0034]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
[0035]下面参考图1-图3详细描述根据本发明实施例的具有泥浆环流系统的泥水盾