一种盾构机的排渣机构及泥水平衡盾构机技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及盾构机的排渣机构及泥水平衡盾构
机。
背景技术
现有的泥水盾构施工需要将大粒径卵石进行破碎，破碎成100mm以下的砾
石并从格栅通过后进入到排泥管道，通过排泥管道完成渣土输送。
对于以兰州、成都地区为代表的富水大粒径卵石夹砂地层地质，由于其卵石
量大且粒径大(最大粒径可达500mm)，导致现有的泥水平衡盾构机在砾石破碎、
管道携渣等方面无法达到满意效果。具体讲，由于现有的泥水平衡盾构机破碎能
力有限，使得单位时间内进入盾构机土仓的渣土不能太多，盾构机的推进速度受
限造成盾构机的施工效率低，施工进度慢；且粒径大的卵石破碎产生的砾石将对
排泥泵及泥水环流管道造成磨损，设备维护成本高，同时，管路沉积将对泥浆系
统产生冲击，影响携渣稳定性。可见，现有的泥水盾构机无法在富水大粒径卵石
夹砂地层地质大规模应用。由于局部地区水文环境苛刻，为了保证施工的安全可
靠性，又不得不采用泥水盾构进行施工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种本发明提高出渣
系统安全稳定及提高施工效率的盾构机的排渣机构及泥水平衡盾构机。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种盾构机的排渣机构，包括排泥管路及用于存放渣土的土仓，所述土仓与
排泥管路之间设有用于将渣土内的泥浆与砾石分离的分离装置，所述土仓与分离
装置的输入端连通，所述分离装置的泥浆输出端与排泥管路连通，所述分离装置
的砾石输出端设有砾石排出装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在土仓与排泥管路之间设有分离渣土内泥浆与砾石的分离装置，此时
泥浆砾石混合的渣土经土仓直接输送至分离装置进行泥浆与砾石的分离，避免了
现有盾构机设置砾石破碎机导致的进渣量受限于破碎能力，施工效率低的问题，
有效提高了泥水盾构的施工效率，且扩大了盾构机的地质适应性；同时，分离装
置的泥浆输出端与排泥管路连通，使得排泥管路无大颗粒砾石，减少了管路的负
荷及管道磨损，降低了设备维护成本，提高了出渣系统的安全稳定性。本发明进
一步设置三组分离箱体，三组分离箱体切换循环，即一组接入泥浆环流系统，一
组用于砾石出渣，一组用于砾石出渣准备，避免了砾石出渣对泥浆循环的影响，
保证泥浆循环及出渣的连续性，提高了泥浆循环能力。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述分离装置包括用于分离泥浆与砾石的分离箱体及用于将渣土输送至分
离箱体的双极螺旋输送机，所述双极螺旋输送机的两端分别与土仓及分离箱体连
通。采用双极螺旋输送机使排渣时螺旋输送机的保压和防喷涌能力提高。
所述泥浆输出端为设于所述分离箱体上供泥浆输出的泥浆输出口，所述砾石
输出端为设于所述分离箱体上供砾石排出的排渣口，所述泥浆输出口处设有供泥
浆通过的过滤格栅，所述排渣口处设有用于接通或截断砾石的截断阀。过滤格栅
供渣土内的泥浆通过，渣土内的砾石则无法通过过滤格栅，实现了渣土的有效分
离；截断阀用于接通或截断砾石，截断阀接通时，分离箱体的砾石从排渣口排出。
所述分离装置还包括控制器及用于检测分离箱体内渣土重量的称重传感器，
所述控制器的输入端连接称重传感器，输出端连接截断阀，所述控制器的输入端
接收所述称重传感器的输入信号，输出端输出控制信号控制所述截断阀通断。称
重传感器及控制器的设置实现了截断阀的自动调节控制。
所述过滤格栅的过滤孔径为5～40mm。
所述分离箱体通过连接管路与双极螺旋输送机连接，所述连接管路与排泥管
路上均设有第一通断阀，第一通断阀控制管路的通断。
所述分离箱体上设有用于保证分离箱体内水压平衡的水压平衡组件，所述水
压平衡组件包括排气管、泄压阀及控制排气管通断的第二通断阀，所述泄压阀及
第二通断阀均设于所述排气管上。泄压阀采用带有电信号的空心浮球单向阀，第
二通断阀采用球阀。
所述分离箱体上设有用于排出分离箱体内部空气的充浆组件，所述充浆组件
包括充浆管道及充浆阀，所述充浆管道与分离箱体内部连通，所述充浆阀设于充
浆管道上。
所述分离箱体上设有用于振动排渣的振捣装置。
所述砾石排出装置包括皮带输送机，所述皮带输送机为上下倾斜布置，所述
皮带输送机的底端设有储泥槽，储泥槽收集砾石内含有的少量泥浆。
所述分离箱体为三组，三组所述分离箱体分别为泥浆环流组、砾石排渣组及
砾石排渣准备组。三组分离箱体31的设置有效避免了泥浆循环对砾石出渣的影
响，保证泥浆循环及出渣的连续性，提高了泥浆循环能力。
一种泥水平衡盾构机，包括盾体及上述所述盾构机的排渣机构，所述排渣机
构设置于所述盾体内。本发明的盾构机同样具有提高出渣系统安全稳定及提高施
工效率等优点。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明分离箱体的结构示意图；
图4是本发明盾构出渣循环流程图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
图中各标号表示：
1、排泥管路；2、土仓；3、分离装置；31、分离箱体；311、泥浆输出口；
312、排渣口；313、过滤格栅；314、截断阀；32、双极螺旋输送机；33、称重
传感器；4、连接管路；5、水压平衡组件；51、排气管；52、泄压阀；53、第二
通断阀；6、第一通断阀；7、充浆组件；71、充浆管道；72、充浆阀；8、振捣
装置；9、砾石排出装置；91、皮带输送机；10、储泥槽。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1至图3所示，本实施例的盾构机的排渣机构，包括排泥管路1及土仓
2，土仓2用于暂存从盾构机的刀盘切削下来的渣土，土仓2与排泥管路1之间
设有分离装置3，分离装置3用于将渣土内的泥浆与砾石分离，土仓2与分离装
置3的输入端连通，分离装置3的泥浆输出端与排泥管路1连通，分离装置3的
砾石输出端设有砾石排出装置9。本发明在土仓2与排泥管路1之间设分离装置
3，此时泥浆砾石混合的渣土经土仓2直接输送至分离装置3进行泥浆与砾石的
分离，避免了现有盾构机设置砾石破碎机导致的进渣量受限于破碎能力，施工效
率低的问题，有效提高了泥水盾构的施工效率，且扩大了盾构机的地质适应性；
同时，分离装置3的泥浆输出端与排泥管路1连通，使得排泥管路1无大颗粒
砾石，减少了排泥管路1的负荷及管道磨损，降低了设备维护成本，提高了出渣
系统的安全稳定性。
本实施例中，分离装置3包括分离箱体31及双极螺旋输送机32，分离箱体
31用于分离渣土内的泥浆与砾石，双极螺旋输送机32用于将渣土输送至分离箱
体31，双极螺旋输送机32的进料端与土仓2连通，双极螺旋输送机32的出料端
与分离箱体31连通，双极螺旋输送机32的进料端低于双极螺旋输送机32的出
料端。本实施例中，采用双极螺旋输送机32使排渣时螺旋输送机的保压和防喷
涌能力提高，为避免双极螺旋输送机32的转弯能力缺失和结构复杂性，在双极
螺旋输送机32的螺旋轴之间断开一定距离，以便形成土塞，即使偶尔发生螺旋
喷涌现象，当泥水供给能力大于其消耗量时，同样能起到保压的目的；与此同时，
可调整双极螺旋输送机32的两级螺旋轴之间的转速差，也可快速形成土塞。在
其他实施例中，只要能将渣土输送至分离箱体31的输送部件均应在本发明的保
护范围内，比如皮带输送机、单极螺旋输送机等。
本实施例中，分离箱体31为三组，三组分离箱体31分别为泥浆环流组、砾
石排渣组及砾石排渣准备组，即三组分离箱体31可切换循环，即一组渣土进入
分离箱体31分离，进行泥浆环流；一组砾石从分离箱体31排出，进行砾石排渣；
一组分离箱体31内装满砾石，进入砾石排渣准备。三组分离箱体31的设置有效
避免了泥浆循环对砾石出渣的影响，保证泥浆循环及出渣的连续性，提高了泥浆
循环能力。
本实施例中，泥浆输出端为泥浆输出口311，砾石输出端为排渣口312，泥
浆输出口311及排渣口312均设于分离箱体31上，泥浆输出口311设于分离箱
体31的侧端，排渣口312设于分离箱体31的底端；泥浆输出口311处设有过滤
格栅313，过滤格栅313供渣土内的泥浆通过，渣土内的砾石则无法通过过滤格
栅313，实现了渣土的有效分离，本实施例中，过滤格栅313的过滤孔的孔径为
10mm，在其他实例中，过滤格栅313的过滤孔大小可根据砾石大小进行选择，
保证渣土内的砾石无法通过即可，比如过滤孔的孔径为5mm、20mm、30mm、
40mm；排渣口312处设有截断阀314，截断阀314用于接通或截断砾石，截断阀
314接通时，分离箱体31的砾石从排渣口312排出。本实施例中，截断阀314为
闸板阀，在其他实施例中，只要能够实现排渣口312连通或截断的阀体均应在本
发明的保护范围内，比如闸阀、旋塞阀、球阀等。
本实施例中，分离装置3还包括控制器及称重传感器33，称重传感器33检
测分离箱体31内渣土的重量，控制器的输入端连接称重传感器33，控制器的输
出端连接截断阀314，控制器的输入端接收称重传感器33的输入信号，控制器的
输出端输出控制信号控制截断阀314通断。当分离箱体31装满砾石时，控制器
根据称重传感器33的称重信号输出控制信号给截断阀314，截断阀314接通排出
砾石，称重传感器33及控制器的设置实现了截断阀314的自动调节控制。
本实施例中，分离箱体31通过连接管路4与双极螺旋输送机32连接，连接
管路4与排泥管路1上均设有第一通断阀6，第一通断阀6控制管路的通断，本
实施例中，第一通断阀6为球阀。第一通断阀6接通时，渣土从连接管路4进入
分离箱体31，分离后的泥浆经过过滤格栅313从排泥管路1排出，形成泥浆环流。
本实施例中，分离箱体31上设有水压平衡组件5，水压平衡组件5用于保证
分离箱体31内水压平衡，水压平衡组件5包括排气管51、泄压阀52及第二通断
阀53，泄压阀52用于在排出分离的砾石前，对分离箱体31进行泄压，第二通断
阀53控制排气管51的通断，泄压阀52及第二通断阀53均设于排气管51上。
本实施例中，泄压阀52采用带有电信号的空心浮球单向阀，第二通断阀53采用
球阀，在其他实施例中，只要保证能够对分离箱体31进行泄压、控制排气管51
通断的阀体结构均应在本发明的保护范围内。
本实施例中，分离箱体31上设有充浆组件7，充浆组件7用于在渣土输送至
分离箱体31前，排出分离箱体31的内部空气，充浆组件7包括充浆管道71及
充浆阀72，充浆管道71与分离箱体31内部连通，充浆阀72设于充浆管道71上，
充浆阀72为球阀。
本实施例中，砾石排出装置9包括皮带输送机91，皮带输送机91将排出的
砾石输出，皮带输送机91为上下倾斜布置，皮带输送机91的底端设有储泥槽10，
储泥槽10收集砾石内含有的少量泥浆。
本实施例中，分离箱体31上设有振捣装置8，振捣装置8用于振动分离箱体
31使砾石从箱体内快速排渣。本实施例中，双极螺旋输送机32的进料端设有搅
拌器，搅拌器的设置可更顺畅地使渣土进入双极螺旋输送机32。
如图4所示，本实施例的盾构机的排渣方法，包括如下步骤：
步骤1)：出渣，将刀盘切削渣土输送至盾构机的土仓2；
步骤2)：分离，将土仓2内渣土中的砾石与泥浆分离；
步骤3)：排渣，将分离后的泥浆从盾构机的排泥管路1排出，分离后的砾
石从一砾石排出装置9排出。
本实施例中，在步骤2)中，利用螺旋输送机将土仓2内的渣土输送至一分
离箱体31内，在分离箱体31内进行砾石与泥浆的分离，本实施例中，螺旋输送
机为双极螺旋输送机32；本实施例中，分离箱体31上设置过滤格栅313和截断
阀314，分离后的泥浆经过过滤格栅313进入排泥管路1，分离后的砾石经过截
断阀314进入砾石排出装置9。
本实施例中，在渣土输送至分离箱体31前，利用充浆组件7往分离箱体31
内充入泥浆将分离箱体31内的空气排出；渣土往分离箱体31输送时，利用称重
传感器33检测分离箱体31内渣土的重量，通过检测的重量控制截断阀314通断，
当分离箱体31装满砾石时，截断阀314接通排出砾石。
本实施例中，在截断阀314接通排出分离的砾石前，利用泄压阀52对分离
箱体31进行泄压；在截断阀314接通排出分离的砾石时，利用振捣装置8振动
分离箱体31使分离的砾石快速排出。
本实施例中，砾石从分离箱体31排出时，利用称重传感器33检测分离箱体
31内渣土的重量，通过检测重量控制截断阀314通断，当分离箱体31排空时，
截断阀314关闭，停止排渣。
本实施例中，设置三组分离箱体31，其中一组用于泥浆环流，一组用于砾石
出渣，一组用于砾石出渣准备，即三组分离箱体31可切换循环，即一组渣土进
入分离箱体31分离，进行泥浆环流；一组砾石从分离箱体31排出，进行砾石排
渣；一组分离箱体31内装满砾石，进入砾石排渣准备。三组分离箱体31避免了
砾石出渣对泥浆循环的影响，保证泥浆循环及出渣的连续性，提高了泥浆循环能
力。
本实施例中，盾构机的排渣方法在具体实施例中的流程为：1、打开充浆阀
72充浆，当分离箱体31充满泥水时，关闭充浆阀72、泄压阀52及第二通断阀
53，完成泥浆环流准备工作；2、打开第一通断阀6，渣土从连接管路4进入分离
箱体31，分离后的泥浆经过过滤格栅313从排泥管路1排出，形成泥浆环流；3、
当分离箱体31装满砾石时，关闭第一通断阀6，打开泄压阀52及第二通断阀53
将分离箱体31进行泄压，然后，控制器根据称重传感器33的称重信号输出控制
信号给截断阀314，截断阀314接通排出砾石，此时另外两组分离箱体31，一组
进行泥浆循环，另一组进行砾石排渣准备；4、打开振捣装置8，振捣装置8振
动使砾石从分离箱体31内快速排渣，皮带输送机91开启将砾石输出；5、当分
离箱体31的砾石排空，控制器根据称重传感器33的称重信号输出控制信号给截
断阀314，截断阀314关闭，停止排渣。
图1及图2示出了本发明泥水平衡盾构机的实施例，该盾构机包括上述实施
例所述的盾构机的排渣机构，所述排渣机构设置于所述盾体内。本发明的盾构机
同样具有提高出渣系统安全稳定及提高施工效率等优点。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。