用于保压系统的供气结构及土压平衡盾构机的制作方法

1.本发明涉及盾构机技术领域，特别是涉及一种用于保压系统的供气结构及土压平衡盾构机。


背景技术：

2.盾构机，全名盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械。盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，且能够按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，盾构掘进机已经广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
3.在盾构机的掘进过程中，由于地层地质、地下水位、隧道埋深等因素影响，会造成掘进参数异常、喷涌、刀具异常磨损等问题，因此，在裂隙水发育的岩层和富水、气密性好的地层，盾构机通常采用气压辅助模式掘进。
4.气压辅助模式掘进主要依靠保压系统进行供气。首先，保压系统设定土舱所需的压力，然后，保压系统根据土舱内泡沫中所含的气量进行适当补充，以保证土舱压力和刀盘掌子面达到平衡模式。然而，由于土舱上半部都是气、水、泥的混合悬浮物质，在刀盘的搅拌作用下，这些混合悬浮物质逐渐沉淀胶结在保压系统的供气管路中，很容易造成管路淤堵，甚至导致整个保压系统的供气管路被污染而损坏设备，给气压辅助模式掘进埋下很多的隐患。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种用于保压系统的供气结构及土压平衡盾构机；该用于保压系统的供气结构能够减少管路淤堵的可能性，提高了保压系统的供气稳定性，并降低设备损害；该土压平衡盾构机采用前述的用于保压系统的供气结构，降低了保压系统的管路淤堵可能性，提高了保压系统的供气稳定性。
6.其技术方案如下：
7.一个实施例提供了一种用于保压系统的供气结构，包括：
8.气源；
9.第一管路，所述第一管路具有相对的第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述气源连通，所述第一输出端位于土舱并用于输出高压气体；
10.第二管路，所述第二管路具有相对的第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第一管路连通且位于所述第一输入端和所述第一输出端之间的位置，或所述第二输入端与所述气源连通，所述第二输出端位于所述土舱并用于输出高压气体，所述第二管路的直径小于所述第一管路的直径。
11.上述用于保压系统的供气结构，在第一管路的基础上增设第二管路，第二管路可以直接从气源处引出，也可以从第一管路上引出；由于第二管路的直径小于第一管路的直径，在同等进气量的情况下，供气结构内的气压相比更大，从而降低了管路淤堵的可能性，
并提高了保压系统的供气稳定性。
12.下面进一步对技术方案进行说明：
13.在其中一个实施例中，所述第二管路的设置高度高于所述第一管路的设置高度。
14.第二管路的高度高于第一管路的高度，相当于在原有第一管路的基础上增设了位置更高的第二管路，从而进一步提高了防止管路淤堵的可能性，提高了保压系统的供气平稳性，避免因淤堵导致供气不畅。
15.在其中一个实施例中，所述第二管路设有至少两个。
16.第二管路设置至少两个，如可以是两个或三个或四个等，从而进一步提高防止管路淤堵的能力。
17.在其中一个实施例中，所述第一管路设有四通管，所述四通管位于所述第一输入端和所述第一输出端之间，所述第二管路设有两个，两个所述第二管路通过所述四通管的两个端口与所述第一管路连通。
18.当第二管路为两个的时候，在第一管路上设置四通管，以便于进行两个第二管路和第一管路之间的连通。
19.在其中一个实施例中，盾构机具有第一舱室和第二舱室，所述第一舱室与所述土舱连通，所述第二舱室与所述第一舱室连通；所述第二管路通过所述第二舱室布置。
20.第一舱室与土舱连通，可以直接通往土舱，为主舱；第二舱室为副舱，可以与第一舱室连通，人员不能直接进入土舱，因而副舱是人员带压进入土舱时进行过渡平衡压力用的舱室，相当于过渡仓，而第二管路在布置的时候经由第二舱室进行布置。
21.在其中一个实施例中，所述第二管路设有压力检测器，所述压力检测器用于检测所述第二管路内的供气压力。
22.压力检测器用于检测第二管路内的供气压力，以根据检测到的供气压力判断当前气压是否正常及是否需要调节。
23.在其中一个实施例中，所述第二管路还设有单向阀，所述单向阀设在所述压力检测器和所述第二输入端之间；
24.所述第二管路还设有球阀，所述球阀设在所述压力检测器和所述第二输出端之间。
25.单向阀的设置能够阻止泥水进入第二管路，从而起到阻止泥水进入保压系统的作用，确保保压系统能够正常供气。
26.在进行第二管路的维修和检测的时候，可以关闭球阀，以确保泥水不会进入第二管路内，以便于进行维修和检测等服务。
27.在其中一个实施例中，所述压力检测器、所述单向阀和所述球阀均位于所述第二舱室内。
28.由于第二管路内不同节点位置的气压压力均是相等的，因此，从理论上讲，将压力检测器设在第二管路上的任意位置后所测得的第二管路内的供气压力应该是相同的；同时，由于第二管路的一部分位于第二舱室内，因此，可以使压力检测器也设在第二舱室内，便于查看和维护。
29.考虑到单向阀和球阀的操作便利，将单向阀和球阀也布置在位于第二舱室内的第二管路的节段内。
30.在其中一个实施例中，所述第一管路的直径为80mm，所述第二管路的直径为50mm。
31.如此设置，新增设的第二管路的直径小于第一管路的直径，在同等进气量的情况下，保压系统的管路供气压力必然增大，从而防止供气结构的管路出现淤堵。
32.另一个实施例提供了一种土压平衡盾构机，包括如上述任一个技术方案所述的用于保压系统的供气结构。
33.上述土压平衡盾构机，采用前述的用于保压系统的供气结构，降低了保压系统的管路淤堵可能性，提高了保压系统的供气稳定性。
附图说明
34.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
37.图1为本发明一个实施例中用于保压系统的供气结构的管路分布示意图；
38.图2为本发明一个实施例中土舱、第一管路和第二管路的布置结构图。
39.附图标注说明：
40.100、第一管路；101、第一出气孔；110、第一输出端；200、第二管路；201、第二出气孔；210、第二输出端；220、压力检测器；230、单向阀；240、球阀；310、第一舱室；320、第二舱室；400、土舱。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
43.请参照图1和图2，一个实施例提供了一种用于保压系统的供气结构，包括气源、第一管路100和第二管路200。其中：
44.气源提供保压系统中供气结构所需的高压气体，配套有控制系统，以便于对气源的供给进行调控。
45.如图1所示的实施例中，所述第一管路100具有相对的第一输入端和第一输出端110，所述第一输入端与所述气源连通，所述第一输出端110位于土舱400并用于输出高压气体。
46.第一输出端110位于土舱400并通过土舱400上的端口输出高压气体，以在刀盘切削泥土时进行供气。
47.如图1所示的实施例中，所述第二管路200具有相对的第二输入端和第二输出端210，所述第二输入端与所述第一管路100连通且位于所述第一输入端和所述第一输出端之间的位置，或所述第二输入端与所述气源连通，所述第二输出端210位于所述土舱400并用于输出高压气体，所述第二管路200的直径小于所述第一管路100的直径。
48.第二输入端可以直接与第一管路连通，连通的位置位于第一输入端和第一输出端之间；当然，在另一种情况下，第二输入端也可以直接与气源连通，不再赘述。
49.该用于保压系统的供气结构，在第一管路100的基础上增设第二管路200，第二管路200可以直接从气源处引出，也可以从第一管路100上引出；由于第二管路200的直径小于第一管路100的直径，在同等进气量的情况下，供气结构内的气压相比更大，从而降低了管路淤堵的可能性，并提高了保压系统的供气稳定性。
50.如图1所示的实施例中，第一管路100的右端(第一输入端)用于与气源连通，以接收并输送高压气体，第一管路100的左端(第一输出端110)能够将输送过来的高压气体输送出，以进行土压平衡。在第一管路100的基础上，增设了第二管路200，第二管路200的第二输入端与第一管路100的某个位置连接并连通，也可以理解为从第一管路100的某个位置分出了第二管路200，而第二管路200的直径小于第一管路100的直径。如此设置，在同等进气量的情况下，管径变小会使得进气压力增大，从而使得保压系统的供气结构的供气压力增大，从而提高抵抗外来泥水等的能力，避免泥水进入供气结构的管路造成淤堵，提高保压系统的供气稳定性。
51.在其中一个实施例中，请参照图1和图2，所述第二管路200的设置高度高于所述第一管路100的设置高度。
52.第二管路200的高度高于第一管路100的高度，相当于在原有第一管路100的基础上增设了位置更高的第二管路200，从而进一步提高了防止管路淤堵的可能性，提高了保压系统的供气平稳性，避免因淤堵导致供气不畅。
53.如图2所示的实施例中，第二管路200的设置高度高于第一管路100的设置高度，也即，新增设了比原有第一管路100的位置更高的第二管路200，从而进一步提高了防管路淤堵的能力。
54.拱顶是指盾构机的前盾在纵向方向上与地面交接的位置，也可以理解为盾构机在纵向方向上最外圆的位置。在设置第二管路200的时候，第二管路200与拱顶之间的间距应该小于第一管路100与拱顶之间的间距。
55.可选地，第一管路100与拱顶之间的间距为168cm，第二管路200与拱顶之间的间距为83cm，而第一管路100与第二管路200之间的间距为85cm。
56.在其中一个实施例中，请参照图1，所述第二管路200设有至少两个。
57.第二管路200设置至少两个，如可以是两个或三个或四个等，从而进一步提高防止管路淤堵的能力。
58.如图1所示的实施例中，第二管路200设有两个，且两个第二管路200均与第一管路100直接连通。
59.当然，在不考虑成本及控制便利等情况下，第二管路200也可以直接与额外配套的供气装置等进行连通，不再赘述。
60.在其中一个实施例中，所述第一管路100设有四通管，所述四通管位于所述第一输
入端和所述第一输出端110之间，所述第二管路200设有两个，两个所述第二管路200通过所述四通管的两个端口与所述第一管路100连通。
61.当第二管路200为两个的时候，在第一管路100上设置四通管，以便于进行两个第二管路200和第一管路100之间的连通。
62.如图1所示的实施例中，两个第二管路200均与第一管路100的大致同一个位置连通，也即第一管路100的某个位置分流出两条支路，从而形成两个第二管路200。
63.在具体选择的时候，为了对接和安装的便利，通过四通管进行两个第二管路200与第一管路100的连通。
64.在其中一个实施例中，请参照图1和图2，盾构机具有第一舱室310和第二舱室320，所述第一舱室310与所述土舱400连通，所述第二舱室320与所述第一舱室310连通；所述第二管路200通过所述第二舱室320布置。
65.第一舱室310与土舱400连通，可以直接通往土舱400，为主舱；第二舱室320为副舱，可以与第一舱室310连通，人员不能直接进入土舱400，因而副舱是人员带压进入土舱400时进行过渡平衡压力用的舱室，相当于过渡仓，而第二管路200在布置的时候经由第二舱室320进行布置。
66.如图1所示的视角下，上方为第一舱室310，下方为第二舱室320，两根第二管路200均经由第二舱室320进行布置。
67.在开舱换刀需要建立泥膜时，可以通过新增设的两条第二管路200对土舱400内和掌子面的土体进行挤压，有利于渣土的置换以及泥膜的保护。当泥膜建立完成之后，需要带压开舱换刀时，可以关闭新增设的两条第二管路200，通过第一管路100进行气体的补充，以避免气体对人体造成伤害，这是因为：一般换刀作业时，作业人员的作业位置通常选择在土舱400内的9点钟方向位置，而第一管路100的位置相对第二管路200的位置更低，从而可以保证新鲜空气由下进气，从舱口排出，以直接保证作业人员的空气顺畅，降低湿热，减少作业人员的疲惫感。
68.如图2所示的实施例中，示出了土舱400上设置的第一出气孔101和第二出气孔201，第一管路100的第一输出端110与第一出气孔101对应，第二管路200的第二输出端210与第二出气孔201对应。当然，土舱400上设置有多个备用孔，以根据需要进行配置，这里不再赘述。
69.在其中一个实施例中，请参照图1，所述第二管路200设有压力检测器220，所述压力检测器220用于检测所述第二管路200内的供气压力。
70.压力检测器220用于检测第二管路200内的供气压力，能够较为真实的反映土舱400内的压力，从而根据检测到的供气压力判断当前气压是否正常并判断是否需要调节当前供气压力。
71.可选地，压力检测器220可以是防爆压力表。
72.土舱400上设有土压传感器，土压传感器用于检测土舱400内土体等的压力，而压力检测器220用于检测第二管路200内的供气压力。当土压传感器不灵敏或出现故障时，无法判断土舱400压力时，可以通过借助第二管路200上的压力检测器220来设定土压。
73.在其中一个实施例中，请参照图1，所述第二管路200还设有单向阀230，所述单向阀230设在所述压力检测器220和所述第二输入端之间。
74.在其中一个实施例中，请参照图1，所述第二管路200还设有球阀240，所述球阀240设在所述压力检测器220和所述第二输出端210之间。
75.单向阀230的设置能够阻止泥水进入第二管路200，从而起到阻止泥水进入保压系统的作用，确保保压系统能够正常供气。
76.在进行第二管路200的维修和检测的时候，可以关闭球阀240，以确保泥水不会进入第二管路200内，以便于进行维修和检测等服务。
77.如图1所示的实施例中，第二管路200设有两条，且每条第二管路200上均设有压力检测器220、单向阀230和球阀240，且压力检测器220设在单向阀230和球阀240之间。
78.在其中一个实施例中，请参照图1，所述压力检测器220、所述单向阀230和所述球阀240均位于所述第二舱室320内。
79.由于第二管路200内不同节点位置的气压压力均是相等的，因此，从理论上讲，将压力检测器220设在第二管路200上的任意位置后所测得的第二管路200内的供气压力应该是相同的；同时，由于第二管路200的一部分位于第二舱室320内，因此，可以使压力检测器220也设在第二舱室320内，便于查看和维护。
80.考虑到单向阀230和球阀240的操作便利，将单向阀230和球阀240也布置在位于第二舱室320内的第二管路200的节段内。
81.在其中一个实施例中，所述第一管路100的直径为80mm，所述第二管路200的直径为50mm。
82.如此设置，新增设的第二管路200的直径小于第一管路100的直径，在同等进气量的情况下，保压系统的管路供气压力必然增大，从而防止供气结构的管路出现淤堵。
83.具体地，第一管路100可以是本领域技术人员所统称的三分管，而新增设的第二管路200为直径50mm，第二管路200的管径小于第一管路100的管径。
84.在一个实施例中，如图1和图2所示，第二管路200设有两条，每个第二管路200上均设有压力检测器220、单向阀230和球阀240，且第二管路200的设置高度高于第一管路100的设置高度，第二管路200的直径小于第一管路100的直径。具有以下优点：
85.一、该用于保压系统的供气结构尤其适用于埋深大、裂隙水大、气密性好的地层的盾构施工，利用该用于保压系统的供气结构进行气压辅助模式掘进时，能够减少保压系统的管路淤堵，保证气压辅助模式掘进的安全性。
86.二、在不良的地层里需要建泥膜带压开仓时，拱顶泥膜是最难建好的，必须要加气和加泥的反复作业，通过气体的作用将泥带入地层的孔隙和裂隙里。由于第一管路100的进气口低，很难保证气体泄漏的定向性，通过第二管路200的增设之后，能够较好较快地通过对气体的反复泄露建好拱顶泥膜。
87.三、在建好泥膜后，土舱400内充满了泥膜介质，在人员进入之前，必须要排舱，从第二管路200的第二输出端210位置加气，能顺畅的排舱，从而避免满舱泥膜介质排舱时产生虹吸破坏建好的泥膜的问题。
88.四、当土舱400内的土压传感器不灵敏或出现故障时，无法判断土舱400压力时，可以通过借助第二管路200上的压力检测器220来设定土压。
89.另一个实施例提供了一种土压平衡盾构机，包括如上述任一个实施例所述的用于保压系统的供气结构。
90.该土压平衡盾构机，采用前述的用于保压系统的供气结构，降低了保压系统的管路淤堵可能性，提高了保压系统的供气稳定性。
91.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
92.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
93.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
94.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
95.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
96.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
97.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。