專利名稱：氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道工程施工機械行業(yè)中用于不穩(wěn)定地層的開挖、應(yīng)用氣墊來 調(diào)節(jié)開挖室內(nèi)封閉壓力的一種氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機。
背景技術(shù)：
目前，隧道工程施工機械行業(yè)中盾構(gòu)施工中遇到自立性差的沖積層、砂層、 粉砂層等不穩(wěn)定地層時，或靜水壓力較大的情況下，普通盾構(gòu)必須輔以壓氣、 降水、注漿加固等措施，以確保掘削面穩(wěn)定。但是壓氣氣壓過大會威脅操作人 員的健康；降水會使周圍水井枯竭，建筑物沉降；注入有機漿液加固地層時，會污染地下水。氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機能克服上述弊端，通過精確控制開挖室內(nèi)的封閉壓力(精確度達到+/-0.05bar)來支撐隧道的掌子面，因此廣泛 應(yīng)用于當隧道掘進時對地層干擾(例如沉陷和隆起等)極端敏感的民用建筑物 下部的情況。因此研制一種氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機是急需解決的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對地層的擾動小、沉降小，適用于高地下水壓， 江底、河底、海底隧道施工，土質(zhì)適用范圍廣，控制系統(tǒng)更為簡單，對開挖面 土層支護更為穩(wěn)定，對地表沉陷控制更為方便的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉(zhuǎn)模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加 壓平衡盾構(gòu)機是借助氣墊來調(diào)整開挖室內(nèi)封閉壓力的一種泥水盾構(gòu)，在開挖不穩(wěn)定地層過程中，使用一定壓力的流體介質(zhì)膨潤土泥漿支撐穩(wěn)固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現(xiàn)掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構(gòu)泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分隔成兩部分， 在隔板前面充滿壓力泥漿，隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成 氣墊；由于在接觸面上的氣、液具有相同的壓力，因此只要調(diào)節(jié)氣墊的空氣壓 力，就可以確定開挖面上相應(yīng)的支護壓力，氣墊壓力可通過空氣控制閥使壓力
保持恒定；同時氣墊起著吸振緩沖的作用，吸收泥漿流量的明顯波動；開挖模 式是，此模式用于盾構(gòu)機開挖時使用，調(diào)整P1.1泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿、氣墊 界面高程達到所要求的值；調(diào)整P2泵的轉(zhuǎn)速，用以校正排渣流量達到所要求的 排渣模式的值，P3泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排渣的流體能被泵送到地面的分離廠； 旁通模式是，當前盾內(nèi)的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12關(guān) 閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構(gòu)機不進行開挖時執(zhí)行其它功能， 也用于當盾構(gòu)機從一種功能切換到另一種功能時；特別是，旁通功能是用于安 裝管片襯砌環(huán)的情況；在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據(jù)泵的超 載壓力和要求的排渣流量保持旋轉(zhuǎn)；泥漿、氣墊界面的高程可能由于水從界面 上流失或進入而發(fā)生變動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調(diào) 整這個高程；隔絕模式是，即隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔絕 的狀態(tài)，從膨潤土制備工廠出來的泥漿直接連通到地面膨潤土分離廠；此模式 通常用于隧道泥漿管道延伸時的情況，各排渣泵P2. 1， P3均停止運轉(zhuǎn)，而Pl.l 仍保持運行，以保持制備廠和分離廠之間回路的循環(huán)；逆轉(zhuǎn)模式是，此模式使 開挖室里的泥漿逆向流動，僅用于一些特別的情況，特別是在開挖室內(nèi)發(fā)生阻 塞，或用于清理盾構(gòu)機上的排渣管道；為了不讓泥漿充滿開挖室，氣墊壓力與 泥漿、氣墊界面高程的控制仍需維持。本發(fā)明的要點在于它的工作原理及運行模式。其工作原理是，氣墊式泥水 加壓平衡盾構(gòu)機是借助氣墊來調(diào)整開挖室內(nèi)封閉壓力的一種泥水盾構(gòu)，在開挖 不穩(wěn)定地層過程中，使用一定壓力的流體介質(zhì)膨潤土泥漿支撐穩(wěn)固隧道掌子面; 通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現(xiàn)掌子面壓力的控制，以達到對 地層干擾小的目的；在盾構(gòu)泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分隔成兩部分， 在隔板前面充滿壓力泥漿，隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成 氣墊；由于在接觸面上的氣、液具有相同的壓力，因此只要調(diào)節(jié)氣墊的空氣壓 力，就可以確定開挖面上相應(yīng)的支護壓力，氣墊壓力可通過空氣控制閥使壓力 保持恒定；同時氣墊起著吸振緩沖的作用，吸收泥漿流量的明顯波動。氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有對地層的擾動小、沉降 小，適用于高地下水壓，江底、河底、海底隧道施工，土質(zhì)適用范圍廣，控制 系統(tǒng)更為簡單，對開挖面土層支護更為穩(wěn)定，對地表沉陷控制更為方便等優(yōu)點， 將廣泛地應(yīng)用于隧道工程施工機械行業(yè)中。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。圖l是本發(fā)明的工作原理圖。圖2是本發(fā)明的開挖室內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)原理圖。圖3是本發(fā)明的處于開挖模式時系統(tǒng)的工作原理圖。圖4是本發(fā)明的處于旁通模式時系統(tǒng)的工作原理圖。圖5是本發(fā)明的處于隔絕模式時系統(tǒng)的工作原理圖。 圖6是本發(fā)明的處于逆轉(zhuǎn)模式時系統(tǒng)的工作原理圖。
具體實施例方式參照附圖，氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模 式、逆轉(zhuǎn)模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機是借 助氣墊來調(diào)整開挖室內(nèi)封閉壓力的一種泥水盾構(gòu)，在開挖不穩(wěn)定地層過程中，使用一定壓力的流體介質(zhì)膨潤土泥漿支撐穩(wěn)固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力 和泥漿與氣墊界面的高程實現(xiàn)掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的； 在盾構(gòu)泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分隔成兩部分，在隔板前面充滿壓 力泥漿，隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成氣墊；由于在接觸 面上的氣、液具有相同的壓力，因此只要調(diào)節(jié)氣墊的空氣壓力，就可以確定開 挖面上相應(yīng)的支護壓力，氣墊壓力可通過空氣控制閥使壓力保持恒定；同時氣 墊起著吸振緩沖的作用，吸收泥漿流量的明顯波動。開挖模式是，此模式用于 盾構(gòu)機開挖時使用，調(diào)整Pl.l泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿、氣墊界面高程達到所要 求的值；調(diào)整P2泵的轉(zhuǎn)速，用以校正排渣流量達到所要求的排渣模式的值，P3泵 的轉(zhuǎn)速必須能確保排渣的流體能被泵送到地面的分離廠。旁通模式是，當前盾 內(nèi)的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12關(guān)閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構(gòu)機不進行開挖時執(zhí)行其它功能，也用于當盾構(gòu)機從一種
功能切換到另一種功能時；特別是，旁通功能是用于安裝管片襯砌環(huán)的情況； 在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據(jù)泵的超載壓力和要求的排渣流 量保持旋轉(zhuǎn)；泥槳、氣墊界面的高程可能由于水從界面上流失或進入而發(fā)生變 動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調(diào)整這個高程。隔絕模式 是，即隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔絕的狀態(tài)，從膨潤土制備 工廠出來的泥漿直接連通到地面膨潤土分離廠；此模式通常用于隧道泥漿管道 延伸時的情況，各排渣泵P2. 1， P3均停止運轉(zhuǎn)，而Pl.l仍保持運行，以保持制 備廠和分離廠之間回路的循環(huán)。逆轉(zhuǎn)模式是，此模式使開挖室里的泥漿逆向流 動，僅用于一些特別的情況，特別是在開挖室內(nèi)發(fā)生阻塞，或用于清理盾構(gòu)機 上的排渣管道；為了不讓泥漿充滿開挖室，氣墊壓力與泥漿、氣墊界面高程的 控制仍需維持。
權(quán)利要求
1、一種氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉(zhuǎn)模式四種運行模式，其特征在于其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機是借助氣墊來調(diào)整開挖室內(nèi)封閉壓力的一種泥水盾構(gòu)，在開挖不穩(wěn)定地層過程中，使用一定壓力的流體介質(zhì)膨潤土泥漿支撐穩(wěn)固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現(xiàn)掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構(gòu)泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分隔成兩部分，在隔板前面充滿壓力泥漿，隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成氣墊；由于在接觸面上的氣、液具有相同的壓力，因此只要調(diào)節(jié)氣墊的空氣壓力，就可以確定開挖面上相應(yīng)的支護壓力，氣墊壓力可通過空氣控制閥使壓力保持恒定；同時氣墊起著吸振緩沖的作用，吸收泥漿流量的明顯波動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，其特征在于所說的開挖模式是，此模式用于盾構(gòu)機開挖時使用，調(diào)整PI.I泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿、氣墊界面高程達到所要求的值；調(diào)整P2泵的轉(zhuǎn)速，用以校正排渣流量達到 所要求的排渣模式的值，P3泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排渣的流體能被泵送到地面的 分離廠。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，其特征在于所說的旁通模式是，當前盾內(nèi)的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12 關(guān)閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構(gòu)機不進行開挖時執(zhí)行其它功能， 也用于當盾構(gòu)機從一種功能切換到另一種功能時；特別是，旁通功能是用于安 裝管片襯砌環(huán)的情況；在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據(jù)泵的超 載壓力和要求的排渣流量保持旋轉(zhuǎn)；泥漿、氣墊界面的高程可能由于水從界面 上流失或進入而發(fā)生變動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調(diào) 整這個高程。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，其特征在于所說 的隔絕模式是，即隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔絕的狀態(tài)，從 膨潤土制備工廠出來的泥漿直接連通到地面膨潤土分離廠；此模式通常用于隧 道泥漿管道延伸時的情況，各排渣泵P2. 1， P3均停止運轉(zhuǎn)，而Pl. l仍保持運行，以保持制備廠和分離廠之間回路的循環(huán)。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，其特征在于所說 的逆轉(zhuǎn)模式是，此模式使開挖室里的泥漿逆向流動，僅用于一些特別的情況，特別是在開挖室內(nèi)發(fā)生阻塞，或用于清理盾構(gòu)機上的排渣管道；為了不讓泥漿 充滿開挖室，氣墊壓力與泥漿、氣墊界面高程的控制仍需維持。
全文摘要
一種應(yīng)用于隧道工程施工機械行業(yè)中的氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉(zhuǎn)模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機是借助氣墊來調(diào)整開挖室內(nèi)封閉壓力的一種泥水盾構(gòu)，在開挖不穩(wěn)定地層過程中，使用一定壓力的流體介質(zhì)膨潤土泥漿支撐穩(wěn)固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現(xiàn)掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構(gòu)泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分隔成兩部分，在隔板前面充滿壓力泥漿，隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成氣墊。該裝置對地層的擾動小、沉降小，適用于高地下水壓，江底、河底、海底隧道施工，土質(zhì)適用范圍廣，控制系統(tǒng)更為簡單，對開挖面土層支護更為穩(wěn)定，對地表沉陷控制更為方便。
文檔編號E21D9/06GK101210494SQ20071015913
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者張世平, 張瑞臨, 李志波, 濤 楊, 趙凱軍, 高偉賢 申請人:沈陽重型機械集團有限責(zé)任公司