專利名稱：泥水氣平衡盾構(gòu)壓力控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)開挖面平衡的方法，尤指一種通過泥水、氣壓力調(diào)節(jié)實(shí)
現(xiàn)盾構(gòu)開挖面平衡的方法。
背景技術(shù)：
目前，在泥水平衡盾構(gòu)中使用的泥水系統(tǒng)的控制方式一般都是采用直接控制型。 所謂直接控制型泥水系統(tǒng)是通過進(jìn)泥泵從地面泥水調(diào)整槽將壓力泥水輸入盾構(gòu)泥水倉(cāng)，在 泥水倉(cāng)與開挖泥砂混合后形成厚泥漿由排泥泵輸送到地面泥水處理場(chǎng)。排出泥水通常要經(jīng) 過振動(dòng)篩、旋流器和壓濾機(jī)或離心機(jī)等三級(jí)分離處理，將棄土排除，清泥水回到調(diào)整槽后重 復(fù)循環(huán)使用。 在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過程中，泥水倉(cāng)中的壓力應(yīng)當(dāng)與設(shè)定的開挖面需要的支護(hù)泥漿壓 力相等以謀求開挖面的穩(wěn)定。當(dāng)泥漿的流失或盾構(gòu)推進(jìn)速度變化時(shí)，泥水倉(cāng)的進(jìn)出泥漿量 將會(huì)失去平衡，泥漿液面就會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)，此時(shí)就需要對(duì)泥水倉(cāng)中的泥水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié) 以維持開挖面的穩(wěn)定。 在現(xiàn)有技術(shù)中通常有兩種方法對(duì)泥水倉(cāng)中的泥水壓力進(jìn)行控制如果進(jìn)泥泵為變 速泵，即可通過控制泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)壓力控制；若進(jìn)泥泵為恒速泵，則通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開 口比值來實(shí)現(xiàn)壓力控制。但是不論采用上述哪種方法，從調(diào)節(jié)控制泵(或閥門)至泥水壓 力達(dá)到設(shè)定值這一過程，都需要一定的時(shí)間，而在該調(diào)節(jié)的過程中，泥水倉(cāng)中的泥水壓力與 開挖面的土壓力是不平衡的，地表的沉陷也較難控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為提供一種實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)開挖面平衡的方法，以實(shí)現(xiàn)在 整個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)的過程中開挖面都能保持穩(wěn)定，避免地表沉陷。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種泥水氣平衡盾構(gòu)壓力控制方法，包括以 下步驟在所述泥水倉(cāng)中豎直設(shè)置一道半隔板將所述泥水倉(cāng)分隔成前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)兩 部分，且所述前泥水倉(cāng)與所述后泥水倉(cāng)的下部相互連通；在所述前泥水倉(cāng)中充滿泥水，在所 述后泥水倉(cāng)的上部注入壓縮空氣；通過液位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述后泥水倉(cāng)中的泥水高度， 當(dāng)所述泥水高度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)泥泵或排泥泵的轉(zhuǎn)速將所述泥水高度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè) 高度；并且，在所述泥水高度發(fā)生波動(dòng)的同時(shí)通過空氣壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述后泥水倉(cāng) 中的壓縮空氣的壓力，在所述壓縮空氣的壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥與排氣閥使所 述壓縮空氣的壓力保持預(yù)設(shè)值。 通過上述方法，當(dāng)泥水液位發(fā)生變化時(shí)，該壓縮空氣的壓力也會(huì)隨之發(fā)生變化，此 時(shí)通過進(jìn)(排)氣閥可立刻完成對(duì)壓縮空氣的壓力調(diào)節(jié)，使整個(gè)泥水倉(cāng)中的泥水壓力始終 與開挖面的需要的支護(hù)泥漿的壓力保持平衡；并在同時(shí)通過進(jìn)(排)泥泵將所述泥水高度 調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)高度；由此實(shí)現(xiàn)了整個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)的過程中開挖面都能保持穩(wěn)定。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，通過中央控制系統(tǒng)對(duì)所述進(jìn)泥泵、排泥泵、進(jìn)氣閥與排氣閥的開啟與閉合進(jìn)行控制。由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)泥水壓力倉(cāng)的泥水壓力的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。 本發(fā)明還提供了一種泥水氣平衡盾構(gòu)壓力控制裝置，包括一盾構(gòu)泥水倉(cāng)，所述盾
構(gòu)泥水倉(cāng)中豎直設(shè)置一道半隔板將所述泥水倉(cāng)分隔成前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)兩部分，且所述
前泥水倉(cāng)與所述后泥水倉(cāng)的下部相互連通；于所述后泥水倉(cāng)的中軸線以上部分連接有進(jìn)氣
管道與排氣管道，且所述進(jìn)氣管道與排氣管道上分別設(shè)置有進(jìn)氣閥與排氣閥；所述后泥水
倉(cāng)中還設(shè)有液位傳感器；于后泥水倉(cāng)的的中軸線以下部分連接有進(jìn)泥管路與排泥管路，且
所述進(jìn)泥管路與排泥管路上分別設(shè)置有進(jìn)泥泵與排泥泵。


圖1為本發(fā)明的泥水、氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)管路連接圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 參閱圖l所示，顯示了本發(fā)明的泥水氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)管路連接圖。其中，盾構(gòu)泥水 倉(cāng)10內(nèi)豎直設(shè)置一道半隔板11，該半隔板11將盾構(gòu)泥水倉(cāng)10分隔為緊靠刀盤一側(cè)的前泥 水倉(cāng)12與相對(duì)遠(yuǎn)離刀盤的后泥水倉(cāng)13兩部分；前泥水倉(cāng)12與后泥水倉(cāng)13的上部被半隔 板11隔開，而兩者的下部相互連通；在前泥水倉(cāng)12中完全充滿泥水，而在后泥水倉(cāng)13的上 部注入壓縮空氣，其下部仍然充滿泥水，由此在后泥水倉(cāng)13中形成了空氣倉(cāng)131與泥水層 132，作為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，將后泥水倉(cāng)13中的氣液接觸面控制在泥水倉(cāng)10的中軸線 處，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境的需求調(diào)整該氣液接觸面的位置。 在空氣倉(cāng)131中設(shè)置有空氣壓力傳感器1311，用于監(jiān)測(cè)空氣倉(cāng)131中的空氣壓力； 空氣倉(cāng)131上(即后泥水倉(cāng)13的中軸線以上部分)還連接有進(jìn)氣管道1312與排氣管道 1313，且進(jìn)氣管道1312與排氣管道1313上分別設(shè)置有進(jìn)氣閥1314與排氣閥1315 ;作為本 發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)氣閥1314與排氣閥1315選用氣動(dòng)閥，空氣壓力傳感器1311通過信 號(hào)線與空氣控制調(diào)節(jié)器14相連，進(jìn)氣閥1314與排氣閥1315通過輸氣管路與空氣控制調(diào)節(jié) 器14相連，而空氣控制調(diào)節(jié)器14還進(jìn)一步通過信號(hào)線連接于中央控制系統(tǒng)15，由此實(shí)現(xiàn)了 對(duì)空氣倉(cāng)131中空氣壓力的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制； 在泥水層132中設(shè)置有液位傳感器1321與泥水壓力傳感器1322，分別用于監(jiān)測(cè)后 泥水倉(cāng)13中的泥水高度與泥水壓力；泥水層132上(即后泥水倉(cāng)13的中軸線以下部分) 還連接有進(jìn)泥管路1323與排泥管路1324，且進(jìn)泥管路1323與排泥管路1324上分別設(shè)置有 進(jìn)泥泵1325與排泥泵1326，以及流量計(jì)1327與密度計(jì)1328 ;其中，液位傳感器1321 、泥水 壓力傳感器1322、進(jìn)泥泵1325、排泥泵1326、以及流量計(jì)1327與密度計(jì)1328分別通過信號(hào) 線與中央控制系統(tǒng)15相連，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)泥水層132中泥水液位、泥水壓力以及進(jìn)、排泥管 路中的進(jìn)、排泥流量與進(jìn)、排泥密度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。本發(fā)明的盾構(gòu)泥水倉(cāng)壓力控制方法有3種全自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制、手動(dòng)控制。
在全自動(dòng)控制狀態(tài)下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制整個(gè)泥水輸送系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)氣壓、泥水液 位等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)盾構(gòu)處于推進(jìn)速度不變的情況下，泥水倉(cāng)10中壓力等于設(shè)定 值，此時(shí)后泥水倉(cāng)13中的氣液接觸面被設(shè)定處于泥水倉(cāng)10的中軸線處；做推進(jìn)過程中，當(dāng) 泥水倉(cāng)10中的泥水壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，即可通過本發(fā)明的方法來進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)泥水倉(cāng)10中的泥水壓力大于設(shè)定值時(shí)，后泥水倉(cāng)13中泥水液位上升，空氣倉(cāng)131的氣壓也隨之增大，此 時(shí)通過空氣壓力傳感器1311將測(cè)得的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)傳送到空氣控制調(diào)節(jié)器14，與設(shè)定值 進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，空氣控制調(diào)節(jié)器14控制排氣閥1315的開啟從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣倉(cāng) 131中氣壓的調(diào)節(jié)；作為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)氣閥1314與排氣閥1315采用氣動(dòng)閥，當(dāng) 監(jiān)測(cè)到的氣壓大于設(shè)定值時(shí)，通過空氣控制調(diào)節(jié)器14輸出一個(gè)0. 2 0. 55bar之間控制壓 力到選定的排氣管道1313上的排氣閥1315，逐漸打開排氣閥排氣(在0. 55bar時(shí)部分開 啟，在O. 2bar時(shí)全打開)，隨著空氣壓力傳感器1311測(cè)得數(shù)值逐漸降低，由空氣控制調(diào)節(jié)器 14控制的排氣閥1315的開度逐漸減少，當(dāng)空氣壓力傳感器1311測(cè)得數(shù)值等于設(shè)定值時(shí)，關(guān) 閉排氣閥1315 ;并且在后泥水倉(cāng)13中泥水液面上升的同時(shí)，根據(jù)液位傳感器1321測(cè)得的 泥水液位上升的信息，逐漸增大排泥泵1326的排泥量(在排泥泵的控制范圍內(nèi))，逐漸降低 泥水液面至預(yù)設(shè)高度(泥水倉(cāng)10的中軸線)，并在調(diào)節(jié)所述泥水液面的同時(shí)，通過空氣控制 調(diào)節(jié)器14打開進(jìn)氣閥，將氣壓維持于設(shè)定值，隨著液位傳感器1321測(cè)得的泥水液位逐漸降 低的信息，逐漸降低排泥泵1326排泥量，同時(shí)逐漸減小進(jìn)氣閥1314的開度，當(dāng)液位傳感器 1321測(cè)得的泥水液回到預(yù)設(shè)高度時(shí)，排泥泵1326的排泥量恢復(fù)原先的流量的設(shè)定值，同時(shí) 關(guān)閉進(jìn)氣閥1314。若是液位傳感器1321測(cè)得液位處于上極限值時(shí)，立即停止推進(jìn)，泥水輸 送系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入旁路模式。 同樣的，當(dāng)泥水倉(cāng)10中的泥水壓力低于設(shè)定值時(shí)，泥水液位下降，氣壓降低，此時(shí) 通過空氣控制調(diào)節(jié)器14逐漸打開進(jìn)氣閥1314向空氣倉(cāng)131充氣，隨著空氣壓力傳感器 1311測(cè)得數(shù)值逐漸上升，由空氣控制調(diào)節(jié)器14控制的進(jìn)氣閥1314的開度逐漸減少，當(dāng)空氣 壓力傳感器1311測(cè)得數(shù)值等于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥1314 ;并且在泥水液面下降的同時(shí)， 逐漸增大進(jìn)泥泵1325的進(jìn)泥量，逐漸增加泥水液面至預(yù)設(shè)高度(泥水倉(cāng)10的中軸線)，并 在調(diào)節(jié)所述泥水液面的同時(shí)，通過空氣控制調(diào)節(jié)器14打開排氣閥1314，將氣壓維持于設(shè)定 值。若是液位傳感器1321測(cè)得液位處于下極限值時(shí)，立即停止推進(jìn)，泥水輸送系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn) 入旁路模式。 在半自動(dòng)控制狀態(tài)下，當(dāng)盾構(gòu)正面土壓力變化而使后泥水倉(cāng)13中的泥水液面上 下波動(dòng)時(shí)，為維持壓力設(shè)定值而調(diào)節(jié)氣壓的進(jìn)、排氣的控制與全自動(dòng)狀態(tài)一樣具有自動(dòng)控 制功能，而泥水液位的控制則通過人工調(diào)節(jié)排泥泵、進(jìn)泥泵或者人工調(diào)節(jié)盾構(gòu)推進(jìn)速度來 實(shí)現(xiàn)。 在手動(dòng)控制狀態(tài)下，上述的氣壓調(diào)節(jié)與泥水液位調(diào)節(jié)全部改由手動(dòng)完成。
本發(fā)明通過在現(xiàn)有的泥水倉(cāng)中增設(shè)空氣倉(cāng)，在泥水液面發(fā)生波動(dòng)以及進(jìn)行泥水壓 力調(diào)節(jié)的過程中，通過該空氣倉(cāng)的壓力緩沖，有效地控制了泥水液面的波動(dòng)與泥水壓力的 變化，對(duì)開挖面土層支護(hù)更加穩(wěn)定，對(duì)地表沉陷的控制更為方便。
權(quán)利要求
一種泥水氣平衡盾構(gòu)壓力控制方法，其特征在于包括以下步驟在所述泥水倉(cāng)中豎直設(shè)置一道半隔板將所述泥水倉(cāng)分隔成前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)兩部分，且所述前泥水倉(cāng)與所述后泥水倉(cāng)的下部相互連通；在所述前泥水倉(cāng)中充滿泥水，在所述后泥水倉(cāng)的上部注入壓縮空氣；通過液位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述后泥水倉(cāng)中的泥水高度，當(dāng)所述泥水高度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)泥泵或排泥泵的轉(zhuǎn)速將所述泥水高度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)高度；并且，在所述泥水高度發(fā)生波動(dòng)的同時(shí)通過空氣壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述后泥水倉(cāng)中的壓縮空氣的壓力，在所述壓縮空氣的壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥與排氣閥使所述壓縮空氣的壓力保持設(shè)定值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述空氣壓力傳感器將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送至 一空氣控制調(diào)節(jié)器，并通過所述空氣控制調(diào)節(jié)器控制所述進(jìn)氣閥與排氣閥的開啟與閉合。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在所述泥水倉(cāng)的進(jìn)泥管路與排泥管路上設(shè) 置流量計(jì)與密度計(jì)，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)、排泥管路中的進(jìn)、排泥流量與進(jìn)、排泥密度。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述空氣控制調(diào)節(jié)器、液位傳感器、 流量計(jì)與密度計(jì)將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送至一中央控制系統(tǒng)，并通過所述中央控制系統(tǒng)控制所述 空氣控制調(diào)節(jié)器、進(jìn)泥泵與排泥泵的運(yùn)行。
5. —種泥水氣平衡盾構(gòu)壓力控制裝置，包括一盾構(gòu)泥水倉(cāng)，其特征在于所述盾構(gòu)泥 水倉(cāng)中豎直設(shè)置一道半隔板將所述泥水倉(cāng)分隔成前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)兩部分，且所述前泥 水倉(cāng)與所述后泥水倉(cāng)的下部相互連通；所述后泥水倉(cāng)上連接有進(jìn)泥管路與排泥管路，且所述進(jìn)泥管路與排泥管路上分別設(shè)置 有進(jìn)泥泵與排泥泵；所述后泥水倉(cāng)上位于所述進(jìn)泥管路與排泥管路上方位置處連接有進(jìn)氣管道與排氣管 道，且所述進(jìn)氣管道與排氣管道上分別設(shè)置有進(jìn)氣閥與排氣閥，所述后泥水倉(cāng)中還設(shè)有液 位傳感器與空氣壓力傳感器。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述進(jìn)氣閥與排氣閥為氣動(dòng)閥，一空氣控制 調(diào)節(jié)器通過輸氣管路與所述進(jìn)氣閥與排氣閥連接，所述空氣控制調(diào)節(jié)器還通過信號(hào)線與所 述空氣壓力傳感器以及一中央控制系統(tǒng)保持連接。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于所述進(jìn)泥泵、排泥泵、液位傳感器通過 信號(hào)線與所述中央控制系統(tǒng)保持連接。
全文摘要
一種通過泥水、氣調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)開挖面平衡的方法，包括以下步驟在泥水倉(cāng)中設(shè)置半隔板將泥水倉(cāng)分隔成前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)兩部分，前泥水倉(cāng)與后泥水倉(cāng)的下部相互連通；在前泥水倉(cāng)中充滿泥水，在后泥水倉(cāng)的上部注入壓縮空氣；通過液位傳感器監(jiān)測(cè)后泥水倉(cāng)中的泥水高度，當(dāng)泥水高度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)泥泵或排泥泵的轉(zhuǎn)速將泥水高度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)高度；在泥水高度發(fā)生波動(dòng)的同時(shí)通過空氣壓力傳感器監(jiān)測(cè)后泥水倉(cāng)中的壓縮空氣的壓力，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥與排氣閥使所述壓縮空氣的壓力保持預(yù)設(shè)值。由此實(shí)現(xiàn)了整個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)的過程中的開挖面穩(wěn)定。
文檔編號(hào)E21D9/093GK101705827SQ200910197488
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者呂建中, 莊欠偉, 楊磊, 王偉鋼, 王鶴林, 石元奇, 趙潔詠, 高國(guó)躍 申請(qǐng)人:上海隧道工程股份有限公司;上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心有限公司