一种多模式盾构机的制作方法

1.本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种多模式盾构机。


背景技术：

2.目前长大隧道中地质分布较为复杂多变，一条隧道内会存在卵石等大粒径渣块，同时也存在细颗粒含量较多的泥岩、砂岩、全风化等地质，且局部隧道水压较高或者沉降控制要求高，针对这种形势，现有技术中通常采用泥水土压双模式盾构机。
3.例如授权公告号为cn211974972u的中国实用新型专利公开的可调密度的泥水土压双模式盾构机，其具有泥水工作状态和土压工作状态，当由泥水工作状态转换至土压工作状态时，需要拆除泥浆箱、破碎装置和排浆管路，换上输送装置，当从土压工作状态转换至泥水工作状态时，需要拆除输送装置，安装泥浆箱、破碎装置和排浆管路，切换操作非常麻烦，工作量大，严重影响施工效率。
4.同时，在泥水工作状态下，由螺旋机输出的泥浆混合砂石经破碎装置破碎后进入泥浆箱进行稀释，然后经排浆管路输送出隧道，这个过程中破碎装置持续工作，当遇到砂卵石较多且粒径较大的地层时，破碎装置产生的损耗非常大，故障率很高，并且对破碎装置维修时需要盾构机停机，影响施工效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多模式盾构机，以解决现有技术的破碎装置故障率高、且在维修时需要盾构机停机而影响施工效率的问题。
6.为实现上述目的，本发明中的多模式盾构机采用如下技术方案：一种多模式盾构机，包括：盾体系统，盾体系统的前端设置有开挖仓；主排浆通道，主排浆通道上安装有排浆泵；筛分装置，包括用于筛分出大石块且供小石块通过的筛分腔以及与筛分腔连通的大石块排出口，筛分腔的顶部连接有筛分装置顶部管道、底部连接有筛分装置底部管道，筛分装置底部管道与主排浆通道连接，筛分装置底部管道上安装有第一阀门；破碎装置，破碎装置内设置有破碎腔，破碎腔的顶部分别连接有供物料进入破碎腔中的破碎装置前管道和破碎装置后管道，破碎装置后管道与筛分装置底部管道连接，破碎装置后管道上安装有第二阀门；破碎装置的底部设置有与破碎腔连通的破碎装置底部出口管道，破碎装置底部出口管道与主排浆通道连接，破碎装置底部出口管道上安装有第三阀门；排浆管，与开挖仓的底部连通，排浆管包括前排浆管和分别与前排浆管连接的第一后排浆支管和第二后排浆支管，第一后排浆支管与筛分装置顶部管道连接，第一后排浆支管或筛分装置顶部管道上安装有第四阀门；第二后排浆支管与破碎装置前管道连接，第二后排浆支管或破碎装置前管道上安装有第五阀门。
7.上述技术方案的有益效果在于：本发明的多模式盾构机包括排浆管、筛分装置和破碎装置，筛分装置的筛分腔可以筛分出大石块且供小石块通过，破碎装置的破碎腔可以对石块进行破碎，排浆管的第一后排浆支管与筛分装置顶部管道连接，第一后排浆支管或筛分装置顶部管道上安装有第四阀门，第二后排浆支管与破碎装置前管道连接，第二后排浆支管或破碎装置前管道上安装有第五阀门，这样当地层中的砂卵石较多且粒径较大时，就可以打开第四阀门、第一阀门，关闭第五阀门，使砂卵石先通过第一后排浆支管和筛分装置顶部管道进入筛分腔进行筛分，筛出大石块。然后，当第二阀门和第三阀门处于打开状态时，小的石块可以通过筛分装置底部管道和破碎装置后管道进入破碎腔进行破碎，达到合适的粒径后通过破碎装置底部出口管道排入主排浆通道。在此过程中，石块先筛分、后破碎，破碎装置只需对小的石块进行破碎，可以减少破碎装置的损耗，降低破碎装置的故障率。
8.当地层中的砂卵石粒径较大但不多时，或者是砂卵石粒径不是特别大时，可以关闭第四阀门，打开第五阀门，使砂卵石通过第二后排浆支管和破碎装置前管道直接进入破碎腔进行破碎，达到合适的粒径后通过破碎装置底部出口管道排入主排浆通道，在此过程中，由于大石块不多，或者不是特别大，使破碎装置产生的损耗比较小，可以降低故障率。
9.当然，当砂卵石粒径较大但不多、或者是砂卵石粒径较小、亦或者是粉砂、中砂等细颗粒含量较多时，可以关闭第二阀门和第三阀门，泥浆直接由筛分装置底部管道排至主排浆通道，这个过程中破碎装置是不用工作的，当然可以减少损耗，降低故障率。并且，在破碎装置需要检修时，通过筛分装置也可以保证正常排浆功能，而无需使盾构机停机。
10.综上，本发明的盾构机可以根据不同的地层情况实现多模式施工，降低破碎装置的故障率，同时即使破碎装置需要维修，也可以通过筛分装置保证正常排浆功能，无需使盾构机停机，保证施工效率不受影响。
11.进一步地，开挖仓的底部设置有螺旋机前闸门，多模式盾构机还包括安装在螺旋机前闸门后方的螺旋机，螺旋机尾端的左右两侧分别设置有螺旋机冲刷口和螺旋机排料口，螺旋机冲刷口用于通入冲刷液以对螺旋机尾端的物料进行冲刷，螺旋机排料口供被冲刷的物料排出，螺旋机排料口通过螺旋机排料管与筛分装置顶部管道连接，螺旋机排料管上安装有第六阀门；所述的第四阀门安装在第一后排浆支管上。
12.上述技术方案的有益效果在于：当开挖仓底部出现滞排等问题时，可以打开螺旋机前闸门和第六阀门，洞内切换成螺旋机出渣，到达螺旋机尾端的物料在螺旋机冲刷管的作用下被冲至螺旋机排料管，然后通过筛分装置顶部管道进入筛分装置，之后的过程如上所述，该技术方案可以解决开挖仓底部滞排的问题。
13.进一步地，筛分装置顶部管道上安装有第七阀门。
14.上述技术方案的有益效果在于：当第七阀门关闭，第六阀门和第四阀门打开时，螺旋机排料管排出的物料可以直接进入破碎装置，而无需进行筛分，适用于泥岩等细颗粒含量较多的岩层。
15.进一步地，螺旋机冲刷口上连接有螺旋机冲刷管，螺旋机冲刷管上安装有第八阀门。
16.上述技术方案的有益效果在于：方便控制冲刷作业。
17.进一步地，螺旋机尾端的底部设置有螺旋机尾端闸门，多模式盾构机还包括设置
在螺旋机尾端闸门下方的渣土输送装置。
18.上述技术方案的有益效果在于：通过螺旋机和渣土输送装置可以实现土压模式盾构，适用于卵石地层以及细颗粒较多的地层，丰富了盾构机的施工模式，使用更加灵活方便。
19.进一步地，多模式盾构机还包括储石箱，储石箱与大石块排出口连接，用于储存筛分装置筛分出的大石块；储石箱的底部设置有储石箱闸门，多模式盾构机还包括设置在储石箱闸门下方的渣土输送装置。
20.上述技术方案的有益效果在于：方便对大石块进行储存，并且利用渣土输送装置可以方便将大石块排出隧道。
21.进一步地，破碎装置内还设置有供物料直接通过的直通腔，直通腔位于破碎腔下方且与破碎腔连通，所述的破碎装置底部出口管道与直通腔的一端连接，直通腔的另外一端连接有破碎装置底部进口管道，破碎装置底部进口管道与第二后排浆支管连通，破碎装置底部进口管道上安装有第九阀门，所述的第五阀门安装在破碎装置前管道上。
22.上述技术方案的有益效果在于：当隧道中地质变化成粉砂、中砂等细颗粒含量较多的地层，或者泥岩等细颗粒含量较多的岩层，此时不需要进行破碎，可以关闭第五阀门，打开第九阀门，使泥浆直接从第二后排浆支管、破碎装置底部进口管道、直通腔以及破碎装置底部出口管道排至主排浆通道，不仅效率高，而且可以减少筛分装置和破碎装置的损耗。
23.进一步地，第二后排浆支管上安装有第十阀门。
24.上述技术方案的有益效果在于：方便整体控制破碎装置底部进口管道和破碎装置前管道的通断，通过关闭第十阀门，还可以减少进入第二后排浆支管中的泥浆，使泥浆更多的进入第一后排浆支管。
25.进一步地，前排浆管上安装有第十一阀门，主排浆通道上安装有第十二阀门。
26.上述技术方案的有益效果在于：第十一阀门方便整体控制排浆管路的通断，第十二阀门方便控制主排浆通道的通断。
27.进一步地，筛分装置底部管道还同时与破碎装置底部出口管道连接，筛分装置底部管道上还安装有第十三阀门，第十三阀门位于破碎装置底部出口管道和破碎装置后管道之间。
28.上述技术方案的有益效果在于：通过关闭第十三阀门，可以减少破碎装置底部出口管道排出的泥浆进入筛分装置底部管道中。
附图说明
29.图1为本发明中多模式盾构机的局部结构主视图；图2为本发明中多模式盾构机的原理图。
30.图中：1、盾体系统；2、螺旋机前闸门；3、前排浆管；4、螺旋机；5、螺旋机伸缩装置；6、螺旋机排料管；7、螺旋机冲刷管；8、螺旋机尾端闸门；9、筛分装置；10、储石箱；11、储石箱闸门；12、渣土输送装置；13、破碎装置；14、排浆泵；15、第一后排浆支管；16、破碎装置前管道；17、筛分装置底部管道；18、破碎装置后管道；19、破碎装置底部出口管道；20、破碎装置底部进口管道；21、筛分装置顶部管道；22、第七阀门；23、台车；24、第二后排浆支管；25、主排浆通道；26、开挖仓；27、第九阀门；28、第五阀门；29、第二阀门；30、第三阀门；31、第十三
阀门；32、第十二阀门；33、第八阀门；34、第六阀门；35、第一阀门；36、第十一阀门；37、第四阀门；38、第十阀门。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
34.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
35.本发明中多模式盾构机的一个实施例如图1和图2所示，包括盾体系统1、主排浆通道25、筛分装置9、破碎装置13、排浆管、螺旋机4、渣土输送装置12和台车23。
36.其中，盾体系统1的前端设置有开挖仓26，开挖仓26的底部设置有螺旋机前闸门2。排浆管与开挖仓26的底部连通，排浆管包括前排浆管3和分别与前排浆管3连接的第一后排浆支管15和第二后排浆支管24，前排浆管3安装在螺旋机前闸门2的侧方，前排浆管3上安装有第十一阀门36。
37.螺旋机4安装在螺旋机前闸门2的后方，螺旋机前闸门2打开/关闭，可封闭螺旋机4的进渣口或者前排浆管3的排浆管口。螺旋机4由前向后逐渐向上倾斜，螺旋机4中部设置有螺旋机伸缩装置5，可实现螺旋机4的伸缩。螺旋机4尾端的底部设置有螺旋机尾端闸门8，渣土输送装置12安装在台车23上，且布置在螺旋机尾端闸门8的下方。
38.螺旋机4尾端的左右两侧分别设置有螺旋机冲刷口和螺旋机排料口，螺旋机冲刷口用于通入冲刷液以对螺旋机4尾端的物料进行冲刷，螺旋机排料口供被冲刷的物料排出。螺旋机冲刷口上连接有螺旋机冲刷管7，螺旋机冲刷管7上安装有第八阀门33。螺旋机排料口上连接有螺旋机排料管6，螺旋机排料管6上安装有第六阀门34。
39.筛分装置9是现有产品，包括用于筛分出大石块且供小石块通过的筛分腔以及与筛分腔连通的大石块排出口。如图1和图2所示，筛分腔的顶部连接有筛分装置顶部管道21、底部连接有筛分装置底部管道17，筛分装置顶部管道21同时与第一后排浆支管15和螺旋机排料管6连接，筛分装置顶部管道21上安装有第七阀门22，第一后排浆支管15上安装有第四阀门37。
40.筛分装置底部管道17与主排浆通道25连接，主排浆通道25上安装有第十二阀门32
和排浆泵14，筛分装置底部管道17上安装有第一阀门35和第十三阀门31，第一阀门35靠近筛分腔，第十三阀门31远离筛分腔。
41.储石箱10设置在筛分装置9的旁侧，且与大石块排出口连接，以储存筛分装置9筛分出的大石块。储石箱10的底部设置有储石箱闸门11，上述的渣土输送装置12还同时布置在储石箱闸门11的下方。
42.破碎装置13设置在筛分装置9的下方，破碎装置13是现有产品，内部设置有用于破碎石块等物料的破碎腔，如图1和图2所示，破碎腔的顶部分别连接有供物料进入破碎腔中的破碎装置前管道16和破碎装置后管道18，破碎装置后管道18与筛分装置底部管道17连接，破碎装置后管道18上安装有第二阀门29。破碎装置前管道16与第二后排浆支管24连接，破碎装置前管道16上安装有第五阀门28。
43.破碎装置13的底部设置有与破碎腔连通的破碎装置底部出口管道19，破碎装置底部出口管道19同时与主排浆通道25和筛分装置底部管道17连接，破碎装置底部出口管道19上安装有第三阀门30。其中，上述的第十三阀门31位于破碎装置底部出口管道19和破碎装置后管道18之间。
44.此外，破碎装置13内还设置有供物料直接通过的直通腔，直通腔位于破碎腔下方且与破碎腔连通，破碎装置底部出口管道19与直通腔的后端连接，直通腔的前端连接有破碎装置底部进口管道20，破碎装置底部进口管道20与第二后排浆支管24和破碎装置前管道16同时连接，第二后排浆支管24上安装有第十阀门38，破碎装置底部进口管道20上安装有第九阀门27。
45.本发明中的多模式盾构机具有泥水模式和土压模式两种不同的模式，当在水土压力高、地表沉降要求高的地层施工时，采用泥水模式，具体是螺旋机前闸门2关闭，封闭螺旋机4进渣口，排浆管打开，通过向开挖仓26内部注入泥浆，刀盘切削下来的渣土进入开挖仓26底部的排浆管。其中，多模式盾构机在泥水模式下又有以下几种不同的施工模式：第一，当地层中的砂卵石较多且粒径较大时，通过打开第十一阀门36、第四阀门37、第七阀门22、第一阀门35、第二阀门29、第三阀门30、第十二阀门32，同时关闭第十阀门38、第六阀门34、第十三阀门31、第五阀门28，石块从前排浆管3依次进入第一后排浆支管15和筛分装置顶部管道21，再进入筛分装置9的筛分腔进行筛分，筛分装置9可以承压，筛出的大石块通过端部的大石块排出口排至储石箱10内，小石块通过筛分腔向下进入筛分装置底部管道17，然后通过破碎装置后管道18进入破碎装置13的破碎腔内，破碎装置13将石块破碎成排浆泵14允许的出渣粒径后，通过破碎装置底部出口管道19排出至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
46.在此过程中，石块先筛分、后破碎，破碎装置13只需对小的石块进行破碎，可以减少破碎装置13的损耗，降低破碎装置13的故障率。当然，若筛分装置9排出的小石块可以满足排浆泵14的排浆要求，可以关闭第二阀门29和第三阀门30，打开第十三阀门31，小石块直接由筛分装置底部管道17排至主排浆通道25。
47.另外，在储石箱10被石块填满后，将筛分装置底部管道17上的第一阀门35以及筛分装置顶部管道21上的第七阀门22关闭，将储石箱10底部的储石箱闸门11打开，将石块倾倒至渣土输送装置12上，排出洞外。
48.第二，当地层中的砂卵石粒径较大但不多，或者是砂卵石粒径不是特别大时，又有
以下两种模式：a、通过打开第十一阀门36、第十阀门38、第五阀门28、第三阀门30、第十二阀门32，同时关闭第四阀门37、第九阀门27、第二阀门29、第十三阀门31，石块从前排浆管3依次进入第二后排浆支管24和破碎装置前管道16，通过破碎装置13破碎成排浆泵14允许的出渣粒径后，通过破碎装置底部出口管道19排出至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
49.b、通过打开第十一阀门36、第四阀门37、第七阀门22、第一阀门35、第十三阀门31、第十二阀门32，同时关闭第十阀门38、第六阀门34、第二阀门29、第三阀门30，石块从前排浆管3依次进入第一后排浆支管15和筛分装置顶部管道21，通过筛分装置9筛分成排浆泵14允许的出渣粒径后，通过筛分装置底部管道17直接排至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
50.其中，在a和b两种模式下，如果筛分装置9或者破碎装置13任何一个出现故障，可以将另外一个单独运行，保证正常排浆功能，同时维修发生故障的一套，无需使盾构机停机，整体不影响施工。
51.第三，当隧道中地质变化成粉砂、中砂等细颗粒含量较多的地层，通过打开第十一阀门36、第十阀门38、第九阀门27、第三阀门30、第十二阀门32，同时关闭第四阀门37、第五阀门28、第二阀门29、第十三阀门31，泥浆通过前排浆管3依次进入第二后排浆支管24和破碎装置底部进口管道20，不进行破碎，直接通过直通腔和破碎装置底部出口管道19排出至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
52.第四，当上述模式在施工过程中，开挖仓26底部出现滞排等问题时，可以打开螺旋机前闸门2，控制螺旋机伸缩装置5将螺旋机4伸入开挖仓26内部，洞内切换成螺旋机4出渣，此时螺旋机尾端闸门8关闭，此后又有以下两种模式：c、通过打开第八阀门33、第六阀门34、第七阀门22、第一阀门35、第十三阀门31、第十二阀门32，同时关闭第十一阀门36、第四阀门37、第二阀门29、第三阀门30，通过螺旋机4旋转将滞排在开挖仓26底部的石块螺旋排出至螺旋机4尾部，配合螺旋机冲刷管7冲刷，再通过螺旋机排料管6、筛分装置顶部管道21进入9-筛分装置，通过筛分装置9的筛分，再通过筛分装置底部管道17直接排至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
53.d、通过打开第八阀门33、第六阀门34、第七阀门22、第一阀门35、第二阀门29、第三阀门30、第十二阀门32，同时关闭第十一阀门36、第四阀门37、第十三阀门31、第五阀门28、第九阀门27，通过螺旋机4旋转将滞排在开挖仓26底部的石块螺旋排出至螺旋机4尾部，配合螺旋机冲刷管7冲刷，再通过螺旋机排料管6、筛分装置顶部管道21进入9-筛分装置，通过筛分装置9的筛分，然后依次通过筛分装置底部管道17、破碎装置后管道18进入破碎装置13，经破碎后通过破碎装置底部出口管道19排出至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
54.其中，在c和d两种模式下，如果是在泥岩等细颗粒含量较多的岩层掘进，通过打开第八阀门33、第六阀门34、第四阀门37、第十阀门38、第九阀门27、第三阀门30、第十二阀门32，同时关闭第七阀门22、第十一阀门36、第五阀门28、第二阀门29、第十三阀门31，可以直接通过螺旋排出至螺旋机4尾部，配合螺旋机冲刷管7冲刷，再通过螺旋机排料管6、第一后排浆支管15、第二后排浆支管24、破碎装置底部进口管道20进入破碎装置13的直通腔，然后通过破碎装置底部出口管道19排出至主排浆通道25，最后通过排浆泵14排出。
55.以上所述均属于泥水模式，当设备进入水土压力不高、地表沉降要求不高的地层
掘进时，可在操作室将泥水模式切换成土压模式，渣土通过螺旋机4出渣，然后落入渣土输送装置12，排出洞外。泥水模式和螺旋机4出渣的土压模式不用在洞内拆装任何装置和零件，仅需要在操作室操控即可完成模式之间的切换，模式切换快速安全。
56.综上所述，本发明的多模式盾构机可根据不同的地层情况实现多模式施工，能够应用于多种地层，设备通用性强，具有较强的地层适应性。多模式盾构机通过筛分装置和破碎装置的配合，不仅大大减小石块粒径，缓解了排浆泵和主排浆通道的堵塞与磨损，而且减少了破碎装置的损耗，降低了破碎装置的故障率。其中，在泥水模式下可通过螺旋机实现开挖仓大粒径渣石的快速排出，避免渣石堆积。另外在某些模式下，当筛分装置或者破碎装置任何一个出现故障，可以将另外一个单独运行，保证正常排浆功能，同时维修发生故障的一套，无需使盾构机停机，保证施工效率不受影响。
57.在多模式盾构机的其他实施例中：筛分装置底部管道和破碎装置底部出口管道不直接连接，而是分别与主排浆通道连接。
58.在多模式盾构机的其他实施例中：筛分装置底部管道上可以只安装一个阀门，也即第一阀门，而没有第十三阀门，此时第一阀门位于筛分装置底部管道上于破碎装置后管道和主排浆通道之间。
59.在多模式盾构机的其他实施例中：前排浆管上不安装第十一阀门，通过第四阀门和第十阀门来控制排浆，同时主排浆通道上也不安装第十二阀门，从筛分装置底部管道和破碎装置底部出口管道排出的泥浆可直接通过主排浆通道排走。
60.在多模式盾构机的其他实施例中：第二后排浆支管上不安装第十阀门，通过第五阀门和第九阀门来分别控制排浆。
61.在多模式盾构机的其他实施例中：破碎装置内只有破碎腔，没有直通腔，也即破碎装置的底部只设置有破碎装置底部出口管道，此时进入破碎装置的物料都要经过破碎腔，并且此时第五阀门也可以安装在第二后排浆支管上，而破碎装置前管道上不安装阀门。
62.在多模式盾构机的其他实施例中：多模式盾构机不包括储石箱，筛分装置排出的大石块可以直接下落到渣土输送装置上，通过渣土输送装置排走，或者筛分装置配置有其他的储石设备或排石设备。
63.在多模式盾构机的其他实施例中：螺旋机尾端的底部不设置螺旋机尾端闸门，此时多模式盾构机不具有土压模式，多模式指的是泥水模式下的多种不同施工模式，而螺旋机仅在泥水模式下出现滞排问题时使用。
64.在多模式盾构机的其他实施例中：螺旋机冲刷管上不安装第八阀门，而是通过盾构机其他管道上的阀门来控制是否通入冲刷液。
65.在多模式盾构机的其他实施例中：筛分装置顶部管道上不安装第七阀门，此时少一种施工模式，也即螺旋机排料管排出的物料无法再通过第一后排浆支管排入第二后排浆支管和破碎装置。
66.在多模式盾构机的其他实施例中：多模式盾构机不包括螺旋机，此时多模式盾构机仅是泥水模式下的多种不同施工模式的盾构机，且此时第四阀门也可以安装在筛分装置顶部管道上，而第一后排浆支管上不安装阀门。
67.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均
应包含在本发明的保护范围内。