專利名稱：氣墊式泥水加壓平衡盾構機的制作方法
技術領域：
本發明涉及隧道工程施工機械行業中用于不穩定地層的開挖、應用氣墊來 調節開挖室內封閉壓力的一種氣墊式泥水加壓平衡盾構機。
背景技術：
目前，隧道工程施工機械行業中盾構施工中遇到自立性差的沖積層、砂層、 粉砂層等不穩定地層時，或靜水壓力較大的情況下，普通盾構必須輔以壓氣、 降水、注漿加固等措施，以確保掘削面穩定。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機能克服上述弊端，通過精確控制開挖室內的封閉壓力(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機是急需解決的新課題。
發明內容
本發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，土質適用范圍廣，控制系統更為簡單，對開挖面 土層支護更為穩定，對地表沉陷控制更為方便的氣墊式泥水加壓平衡盾構機。本發明的目的是這樣實現的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加 壓平衡盾構機是借助氣墊來調整開挖室內封閉壓力的一種泥水盾構，在開挖不穩定地層過程中，使用一定壓力的流體介質膨潤土泥漿支撐穩固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構泥水室內，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，因此只要調節氣墊的空氣壓 力，就可以確定開挖面上相應的支護壓力，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，此模式用于盾構機開挖時使用，調整P1.1泵的轉速用以校正泥漿、氣墊 界面高程達到所要求的值；調整P2泵的轉速，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，當前盾內的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12關 閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構機不進行開挖時執行其它功能， 也用于當盾構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 裝管片襯砌環的情況；在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據泵的超 載壓力和要求的排渣流量保持旋轉；泥漿、氣墊界面的高程可能由于水從界面 上流失或進入而發生變動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調 整這個高程；隔絕模式是，即隧道里的泥漿管道系統與地面系統處于完全隔絕 的狀態，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，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；逆轉模式是，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，特別是在開挖室內發生阻 塞，或用于清理盾構機上的排渣管道；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 加壓平衡盾構機是借助氣墊來調整開挖室內封閉壓力的一種泥水盾構，在開挖 不穩定地層過程中，使用一定壓力的流體介質膨潤土泥漿支撐穩固隧道掌子面; 通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現掌子面壓力的控制，以達到對 地層干擾小的目的；在盾構泥水室內，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，因此只要調節氣墊的空氣壓 力，就可以確定開挖面上相應的支護壓力，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機與現有技術相比，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，土質適用范圍廣，控制 系統更為簡單，對開挖面土層支護更為穩定，對地表沉陷控制更為方便等優點， 將廣泛地應用于隧道工程施工機械行業中。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。圖l是本發明的工作原理圖。圖2是本發明的開挖室內的壓力調節原理圖。圖3是本發明的處于開挖模式時系統的工作原理圖。圖4是本發明的處于旁通模式時系統的工作原理圖。圖5是本發明的處于隔絕模式時系統的工作原理圖。 圖6是本發明的處于逆轉模式時系統的工作原理圖。
具體實施例方式參照附圖，氣墊式泥水加壓平衡盾構機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模 式、逆轉模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構機是借 助氣墊來調整開挖室內封閉壓力的一種泥水盾構，在開挖不穩定地層過程中，使用一定壓力的流體介質膨潤土泥漿支撐穩固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力 和泥漿與氣墊界面的高程實現掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的； 在盾構泥水室內，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，因此只要調節氣墊的空氣壓力，就可以確定開 挖面上相應的支護壓力，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 盾構機開挖時使用，調整Pl.l泵的轉速用以校正泥漿、氣墊界面高程達到所要 求的值；調整P2泵的轉速，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 內的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12關閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構機不進行開挖時執行其它功能，也用于當盾構機從一種
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的情況； 在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據泵的超載壓力和要求的排渣流 量保持旋轉；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生變 動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調整這個高程。隔絕模式 是，即隧道里的泥漿管道系統與地面系統處于完全隔絕的狀態，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，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。逆轉模式是，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，特別是在開挖室內發生阻塞，或用于清理盾構機 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。
權利要求
1、一種氣墊式泥水加壓平衡盾構機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉模式四種運行模式，其特征在于其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構機是借助氣墊來調整開挖室內封閉壓力的一種泥水盾構，在開挖不穩定地層過程中，使用一定壓力的流體介質膨潤土泥漿支撐穩固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構泥水室內，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，因此只要調節氣墊的空氣壓力，就可以確定開挖面上相應的支護壓力，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、 根據權利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，其特征在于所說的開挖模式是，此模式用于盾構機開挖時使用，調整PI.I泵的轉速用以校正泥漿、氣墊界面高程達到所要求的值；調整P2泵的轉速，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、 根據權利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，其特征在于所說的旁通模式是，當前盾內的控制閥VOl、 V02、 V03、 V04、 V05、 V06、 Vll、 V12 關閉，閥V13打開時，處于旁通模式，用于盾構機不進行開挖時執行其它功能， 也用于當盾構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 裝管片襯砌環的情況；在旁通模式下，開挖室被隔離，各泥漿泵都根據泵的超 載壓力和要求的排渣流量保持旋轉；泥漿、氣墊界面的高程可能由于水從界面 上流失或進入而發生變動；在這些情況下，可能需要補充泥漿或排出泥漿以調 整這個高程。
4、 根據權利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，其特征在于所說 的隔絕模式是，即隧道里的泥漿管道系統與地面系統處于完全隔絕的狀態，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，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。
5、根據權利要求l所述的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，其特征在于所說 的逆轉模式是，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，特別是在開挖室內發生阻塞，或用于清理盾構機上的排渣管道；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
一種應用于隧道工程施工機械行業中的氣墊式泥水加壓平衡盾構機，有開挖模式、旁通模式、隔絕模式、逆轉模式四種運行模式，其工作原理是，氣墊式泥水加壓平衡盾構機是借助氣墊來調整開挖室內封閉壓力的一種泥水盾構，在開挖不穩定地層過程中，使用一定壓力的流體介質膨潤土泥漿支撐穩固隧道掌子面；通過控制氣墊壓力和泥漿與氣墊界面的高程實現掌子面壓力的控制，以達到對地層干擾小的目的；在盾構泥水室內，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，土質適用范圍廣，控制系統更為簡單，對開挖面土層支護更為穩定，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 優先權日2007年12月24日
發明者張世平, 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任公司