一种可调密度盾构机专用泥浆处理装置的制作方法

本实用新型涉及隧道施工的盾构机领域，特别涉及一种可调密度盾构机专用泥浆处理装置。

背景技术：

现有盾构机应用中，普遍以土压盾构机掘进和泥水盾构机掘进施工为主。泥水盾构机在砂卵层等复杂地质情况下，会用到鄂式破碎机，破碎效率一般为8次/分，破碎效果不是很理想。可变密度双模盾构机目前国内很少有过应用，在土压转换泥水模式过程中，由于地层的复杂性，螺旋机内的稠泥浆中会含有较大颗粒石块和孤石等物质，一旦进入渣浆泵叶片中，极易对渣浆泵的叶片造成损害。尽管在泥浆处理箱中设置格栅，但格栅处会经常堵塞，严重影响盾构掘进效率。破碎后的泥浆渣土沙石含量依然较高，需要对高密度泥浆进行充分稀释，这样才有利于渣浆泵通过泥浆管道将泥浆输送至地面进行处理。目前，土压盾构机采用皮带机输送渣土，而泥水盾构机采用分流器，没有对高密度泥浆稀释冲洗功能，造成格栅渣土堆积，无法泵送。

中国专利文献cn104879133a公开了一种双模式盾构机，在土压平衡系统的螺旋输送机和破碎机的中间安装一稀释箱，稀释箱再连接到进浆冲刷管路，螺旋输送机排出的渣土及大石块落入稀释箱，通过冲刷管路稀释送到破碎机处破碎，破碎后的石块通过排浆管送入排浆泵，从而在盾构机转换至泥水平衡模式时，清除土仓内的大石块，避免大石块使排浆管堵塞排渣不畅。

但其在土压平衡系统和泥水平衡系统中分别布置两套独立的破碎机，借助泥水平衡系统中独立的分流箱再将破碎后的石块与稀浆进行分流，石块经排浆泵输送至隧道外，稀浆通过逆循环泥浆泵打回土仓。系统的复杂度较高，提高了使用与维护的成本。

因此有必要设计一套新型可调密度盾构机专用泥浆处理一体化装置，既可以将螺旋机内的泥浆碎石进行破碎处理，同时对处理过的高密度泥浆进行稀释和冲洗，从而满足土压转换泥水模式及泥水掘进模式运行的工作要求。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种适用于土压模式和泥水模式的可调密度盾构机专用泥浆处理装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供的可调密度盾构机专用泥浆处理装置，包括破碎处理设备和泥浆处理箱，所述破碎处理设备的输入端连接在螺旋机的下料闸阀处，所述破碎处理设备的出料口连通泥浆箱进料口，所述泥浆箱内布置若干路进浆冲洗系统，所述泥浆箱内布置有格栅，所述格栅的一侧布置排泥口，格栅的另一侧布置检修人孔。

作为优选，所述破碎处理设备是辊式破碎机。

作为优选，所述进浆冲洗系统包括环绕布置在泥浆箱进料口下料通道内的上下两路冲洗系统，上边一路四周各均匀布置三个dn40冲洗孔，而下边一组四周各均匀布置四个dn32的冲洗孔，开孔方向均与通道方向成50°-60°的倾角，该倾角优选为55°，可以确保低浓度泥浆能够与高浓度泥浆进行充分稀释和混合。

作为优选，所述泥浆处理箱的箱体底部设计成倒三角锥形，可以在混合过程中使泥浆箱箱体内泥浆具有流动性，。

作为优选，所述进浆冲洗系统包括布置在箱体前端的两路dn100的进浆浆液冲洗管路，对落入箱体泥浆进行二次稀释与冲刷，保持箱体内泥浆涡状流动。

作为优选，所述格栅上具有150*150mm栅格，含小颗粒泥浆通过格栅被输送至地面，大颗粒泥浆则被挡住，通过压力反馈系统监测报警后，关闭泥浆箱上部下料闸阀，并开启检修人孔装置，清理被挡住的大颗粒泥浆，清理完毕后重新恢复运行。

实用新型原理：在土压模式转换为泥水模式时，当泥水舱置换完毕后，螺旋机内部泥浆比重很高，其中也含有较大颗粒碎石，这些大颗粒石块会堵塞泥浆箱内的格栅，需要经常停机进行人工清理，严重影响盾构机的施工效率，一旦这些大粒径的石块进入渣浆泵，会将泵的叶片损坏。此时转动泥浆处理箱上方的辊式破碎机，同时开启下料闸阀，螺旋机内泥浆经辊式破碎机破碎处理后，通过下料口进入泥浆箱内。由于破碎处理后的泥浆比重较高，且十分粘稠，不利于泵送，因此，特殊设计了两路环形冲洗管路，在冲洗渣浆泵的作用下，低密度泥浆通过管路上多个冲洗孔对高密度泥浆进行充分稀释和冲洗。底部设计两路冲洗孔，对箱体底部进行冲刷，在箱体内形成涡流，使箱体内泥浆处于流动状态，防止泥浆堆积，底部设置检修人孔，防止大颗粒泥浆堵在格栅形成滞排。专用泥浆箱成本较低，适合维护，尺寸紧凑，满足模式转换复杂工况，具有良好应用价值。

有益效果：本实用新型为可调密度盾构机提供了专用的泥浆处理装置，可以将大颗粒石块粉碎，破碎后的高密度泥浆经泥浆箱可以得到充分稀释和冲洗。

破碎处理设备需要较高扭矩和转速，因此配备稳定的高扭矩液压马达，同时配置一套独立液压站，不受盾构机其他系统影响。整个处理设备为模块式设计理念，四套系统可以分散布置，大大节约集成一起的空间约束，系统原件布置灵活，方便施工。同时由于破碎能力的提升，大大缓解泥水处理箱格栅堵塞问题，从而提升盾构机掘进的效率。

泥水处理箱在下料口采用两路环形冲洗管路，低密度泥浆通过管路上多个冲洗孔对高密度泥浆进行充分稀释和冲洗。底部设计两路冲洗孔，对箱体底部进行冲刷，在箱体内形成涡流，使箱体内泥浆处于流动状态，防止泥浆堆积，底部设置检修人孔，防止大颗粒泥浆堵在格栅形成滞排。专用泥浆箱成本较低，适合维护，尺寸紧凑，方便对既有盾构机的升级改造，满足模式转换复杂工况，具有良好应用价值。

除以上所述的本实用新型解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本实用新型目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例的可调密度盾构机专用泥浆处理装置的整体结构示意图；

图2是图1中破碎处理设备的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的俯视图；

图5是图1中泥浆处理箱的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7是图5的右视图；

图8是图5的俯视图；

图9是图5内部格栅的结构示意图；

图中：螺旋机1，下料闸阀11，破碎处理设备2，润滑系统21，轴封水系统22，液压系统23，泥浆处理箱3，下料通道31，通道内冲洗系统32，进浆浆液冲洗管路33，排浆口34，格栅35，检修人孔36。

具体实施方式

实施例：

本实施例的可调密度盾构机专用泥浆处理装置如图1所示包括破碎处理设备和泥浆处理箱。

破碎处理设备2见附图1-4，本设备总共由四大部分构成，分别为辊式破碎机箱体、轴封水系统22、润滑系统21和液压动力系统23。其中破碎机箱体上部和下部法兰端口分别与螺旋机1的下料闸阀11和泥浆处理箱3相连接，液压站提供的高压液压油通过高扭矩马达带动刀齿旋转，形成旋转咬合力将泥浆内大石块破碎，可将300mm粒径石块破碎至150mm以内，最大理论咬合能力能达到250t/h，破碎时的扭矩可达到6000n·m完全满足盾构机碎石要求。由于液压马达带动两根轴旋转，因此要用1#锂基酯对轴承进行密封润滑，同时配置堵塞监控传感器对其进行保护。在连接桥部位配置一套轴封水系统，水箱泵站约为1m3左右，水量可达到3m3/h，为润滑密封处提供水封保护，还可以对油封处进行降温处理。液压站为破碎处理设备提供强大动力，其中配置了两台大功率的螺杆液压泵，将高压油输送至液压马达中，液压油的最高压力可高达22mpa，此液压油使液压马达以40-50r/min速度旋转，两马达转速相向旋转，当出现卡顿时扭矩达到9000n·m时进行反转脱困，脱困后再正转运行。整套系统配置多个传感器，确保设备正常运行。

开机操作：

润滑油脂泵启动运行–轴封水泵运行—启动液压泵站机液压马达—开启螺旋机闸阀

停机操作：

螺旋机闸门关闭—马达及液压泵站停止–停止轴封水泵—停止润滑油脂泵

箱体设计上，在以往项目上采用的是倒立漏斗型的泥浆箱，通过排浆管路输送至排浆泵将泥浆泵送至地面。砂土层较为适用，但密度和粘度增加后，会在漏斗型泥浆箱的窄口部位发生堵塞滞排现象。本专利通过对泥浆箱体进行特殊设计，设计方案如下：

可调密度盾构机专用泥浆处理箱如图5、图6、图7和图8所示，在土压模式转换为泥水模式时，经破碎机破碎处理后的泥浆通过下料口进入泥浆箱内。由于破碎处理后的泥浆比重较高，且十分粘稠，不利于泵送，因此，特殊设计了四路冲洗系统，对高密度泥浆进行充分稀释和冲洗。

前两路冲洗系统32设置在下料通道31处，泥浆通过下料通道31进入泥浆箱体内，通道内冲洗系统32共分为上下两路冲洗系统，上边一路四周各均匀布置三个dn40冲洗孔，而下边一组四周各均匀布置四个dn32的冲洗孔，开孔方向均与通道方向成55°倾角，以确保低浓度泥浆能够与高浓度泥浆进行充分稀释和混合。混合过程中为了使泥浆箱箱体内泥浆具有流动性，箱体底部设计成倒三角锥形，同时在箱体前端布置了两路dn100的进浆浆液冲洗管路33，对落入箱体泥浆进行二次稀释与冲刷，通过下料口斜向下与横向冲刷力的共同作用下，加速泥浆在排浆口的流动，部分被阻挡的泥浆，延斜面箱体冲至下料口，在箱体内行程闭环涡状流动，同时在排浆口34设置150*150的格栅35，如图9所示，含小颗粒泥浆通过格栅被输送至地面，大颗粒泥浆则被挡住，通过压力反馈系统监测报警后，关闭泥浆箱上部下料闸阀，并开启检修人孔36，清理被挡住的大颗粒泥浆，清理完毕后重新恢复运行。

本专利充分考虑进排浆流量分配，根据破碎机排浆浆量、进浆流量及相应浓度和比重，通过流量守恒等公式计算，对进浆冲洗流量进行合理分配，达到冲洗和稀释的目的。

泥浆处理箱前部配置出浆孔，便于将前部气垫舱积累泥浆抽出，也可切换模式，将箱体内的泥浆注入泥水舱中进行冲洗。此泥浆处理箱在泥水模式下，也可完全具备泥水盾构机分流器使用功能，在泥水模式下可以完美运行。