气垫式泥水加压平衡盾构机.pdf

一种应用于隧道工程施工机械行业中的气垫式泥水加压平衡盾构机，有开挖模式、旁通模式、隔绝模式、逆转模式四种运行模式，其工作原理是，气垫式泥水加压平衡盾构机是借助气垫来调整开挖室内封闭压力的一种泥水盾构，在开挖不稳定地层过程中，使用一定压力的流体介质膨润土泥浆支撑稳固隧道掌子面；通过控制气垫压力和泥浆与气垫界面的高程实现掌子面压力的控制，以达到对地层干扰小的目的；在盾构泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分隔成两部分，在隔板前面充满压力泥浆，隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气垫。该装置对地层的扰动小、沉降小，适用于高地下水压，江底、河底、海底隧道施工，土质适用范围广，控制系统更为简单，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷控制更为方便。

1.  一种气垫式泥水加压平衡盾构机，有开挖模式、旁通模式、隔绝模式、逆转模式四种运行模式，其特征在于：其工作原理是，气垫式泥水加压平衡盾构机是借助气垫来调整开挖室内封闭压力的一种泥水盾构，在开挖不稳定地层过程中，使用一定压力的流体介质膨润土泥浆支撑稳固隧道掌子面；通过控制气垫压力和泥浆与气垫界面的高程实现掌子面压力的控制，以达到对地层干扰小的目的；在盾构泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分隔成两部分，在隔板前面充满压力泥浆，隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气垫；由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节气垫的空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力，气垫压力可通过空气控制阀使压力保持恒定；同时气垫起着吸振缓冲的作用，吸收泥浆流量的明显波动。

2.  根据权利要求1所述的气垫式泥水加压平衡盾构机，其特征在于：所说的开挖模式是，此模式用于盾构机开挖时使用，调整P1.1泵的转速用以校正泥浆、气垫界面高程达到所要求的值；调整P2泵的转速，用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值，P3泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂。

3.  根据权利要求1所述的气垫式泥水加压平衡盾构机，其特征在于：所说的旁通模式是，当前盾内的控制阀V01、V02、V03、V04、V05、V06、V11、V12关闭，阀V13打开时，处于旁通模式，用于盾构机不进行开挖时执行其它功能，也用于当盾构机从一种功能切换到另一种功能时；特别是，旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况；在旁通模式下，开挖室被隔离，各泥浆泵都根据泵的超载压力和要求的排渣流量保持旋转；泥浆、气垫界面的高程可能由于水从界面上流失或进入而发生变动；在这些情况下，可能需要补充泥浆或排出泥浆以调整这个高程。

4.  根据权利要求1所述的气垫式泥水加压平衡盾构机，其特征在于：所说的隔绝模式是，即隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔绝的状态，从膨润土制备工厂出来的泥浆直接连通到地面膨润土分离厂；此模式通常用于隧道泥浆管道延伸时的情况，各排渣泵P2.1，P3均停止运转，而P1.1仍保持运行，以保持制备厂和分离厂之间回路的循环。

5.  根据权利要求1所述的气垫式泥水加压平衡盾构机，其特征在于：所说的逆转模式是，此模式使开挖室里的泥浆逆向流动，仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构机上的排渣管道；为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆、气垫界面高程的控制仍需维持。

气垫式泥水加压平衡盾构机
技术领域：
本发明涉及隧道工程施工机械行业中用于不稳定地层的开挖、应用气垫来调节开挖室内封闭压力的一种气垫式泥水加压平衡盾构机。
背景技术：
目前，隧道工程施工机械行业中盾构施工中遇到自立性差的冲积层、砂层、粉砂层等不稳定地层时，或静水压力较大的情况下，普通盾构必须辅以压气、降水、注浆加固等措施，以确保掘削面稳定。但是压气气压过大会威胁操作人员的健康；降水会使周围水井枯竭，建筑物沉降；注入有机浆液加固地层时，会污染地下水。气垫式泥水加压平衡盾构机能克服上述弊端，通过精确控制开挖室内的封闭压力(精确度达到+/-0.05bar)来支撑隧道的掌子面，因此广泛应用于当隧道掘进时对地层干扰(例如沉陷和隆起等)极端敏感的民用建筑物下部的情况。因此研制一种气垫式泥水加压平衡盾构机是急需解决的新课题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种对地层的扰动小、沉降小，适用于高地下水压，江底、河底、海底隧道施工，土质适用范围广，控制系统更为简单，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷控制更为方便的气垫式泥水加压平衡盾构机。
本发明的目的是这样实现的：气垫式泥水加压平衡盾构机，有开挖模式、旁通模式、隔绝模式、逆转模式四种运行模式，其工作原理是，气垫式泥水加压平衡盾构机是借助气垫来调整开挖室内封闭压力的一种泥水盾构，在开挖不稳定地层过程中，使用一定压力的流体介质膨润土泥浆支撑稳固隧道掌子面；通过控制气垫压力和泥浆与气垫界面的高程实现掌子面压力的控制，以达到对地层干扰小的目的；在盾构泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分隔成两部分，在隔板前面充满压力泥浆，隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气垫；由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节气垫的空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力，气垫压力可通过空气控制阀使压力保持恒定；同时气垫起着吸振缓冲的作用，吸收泥浆流量的明显波动；开挖模式是，此模式用于盾构机开挖时使用，调整P1.1泵的转速用以校正泥浆、气垫界面高程达到所要求的值；调整P2泵的转速，用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值，P3泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂；旁通模式是，当前盾内的控制阀V01、V02、V03、V04、V05、V06、V11、V12关闭，阀V13打开时，处于旁通模式，用于盾构机不进行开挖时执行其它功能，也用于当盾构机从一种功能切换到另一种功能时；特别是，旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况；在旁通模式下，开挖室被隔离，各泥浆泵都根据泵的超载压力和要求的排渣流量保持旋转；泥浆、气垫界面的高程可能由于水从界面上流失或进入而发生变动；在这些情况下，可能需要补充泥浆或排出泥浆以调整这个高程；隔绝模式是，即隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔绝的状态，从膨润土制备工厂出来的泥浆直接连通到地面膨润土分离厂；此模式通常用于隧道泥浆管道延伸时的情况，各排渣泵P2.1，P3均停止运转，而P1.1仍保持运行，以保持制备厂和分离厂之间回路的循环；逆转模式是，此模式使开挖室里的泥浆逆向流动，仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构机上的排渣管道；为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆、气垫界面高程的控制仍需维持。
本发明的要点在于它的工作原理及运行模式。其工作原理是，气垫式泥水加压平衡盾构机是借助气垫来调整开挖室内封闭压力的一种泥水盾构，在开挖不稳定地层过程中，使用一定压力的流体介质膨润土泥浆支撑稳固隧道掌子面；通过控制气垫压力和泥浆与气垫界面的高程实现掌子面压力的控制，以达到对地层干扰小的目的；在盾构泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分隔成两部分，在隔板前面充满压力泥浆，隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气垫；由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节气垫的空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力，气垫压力可通过空气控制阀使压力保持恒定；同时气垫起着吸振缓冲的作用，吸收泥浆流量的明显波动。
气垫式泥水加压平衡盾构机与现有技术相比，具有对地层的扰动小、沉降小，适用于高地下水压，江底、河底、海底隧道施工，土质适用范围广，控制系统更为简单，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷控制更为方便等优点，将广泛地应用于隧道工程施工机械行业中。
附图说明：
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明的工作原理图。
图2是本发明的开挖室内的压力调节原理图。
图3是本发明的处于开挖模式时系统的工作原理图。
图4是本发明的处于旁通模式时系统的工作原理图。
图5是本发明的处于隔绝模式时系统的工作原理图。
图6是本发明的处于逆转模式时系统的工作原理图。
具体实施方式：
参照附图，气垫式泥水加压平衡盾构机，有开挖模式、旁通模式、隔绝模式、逆转模式四种运行模式，其工作原理是，气垫式泥水加压平衡盾构机是借助气垫来调整开挖室内封闭压力的一种泥水盾构，在开挖不稳定地层过程中，使用一定压力的流体介质膨润土泥浆支撑稳固隧道掌子面；通过控制气垫压力和泥浆与气垫界面的高程实现掌子面压力的控制，以达到对地层干扰小的目的；在盾构泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分隔成两部分，在隔板前面充满压力泥浆，隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气垫；由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节气垫的空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力，气垫压力可通过空气控制阀使压力保持恒定；同时气垫起着吸振缓冲的作用，吸收泥浆流量的明显波动。开挖模式是，此模式用于盾构机开挖时使用，调整P1.1泵的转速用以校正泥浆、气垫界面高程达到所要求的值；调整P2泵的转速，用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值，P3泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂。旁通模式是，当前盾内的控制阀V01、V02、V03、V04、V05、V06、V11、V12关闭，阀V13打开时，处于旁通模式，用于盾构机不进行开挖时执行其它功能，也用于当盾构机从一种功能切换到另一种功能时；特别是，旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况；在旁通模式下，开挖室被隔离，各泥浆泵都根据泵的超载压力和要求的排渣流量保持旋转；泥浆、气垫界面的高程可能由于水从界面上流失或进入而发生变动；在这些情况下，可能需要补充泥浆或排出泥浆以调整这个高程。隔绝模式是，即隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔绝的状态，从膨润土制备工厂出来的泥浆直接连通到地面膨润土分离厂；此模式通常用于隧道泥浆管道延伸时的情况，各排渣泵P2.1，P3均停止运转，而P1.1仍保持运行，以保持制备厂和分离厂之间回路的循环。逆转模式是，此模式使开挖室里的泥浆逆向流动，仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构机上的排渣管道；为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆、气垫界面高程的控制仍需维持。