一种带着冻结装置的螺旋出土器的制作方法

一种带着冻结装置的螺旋出土器
1.技术领域
2.本发明涉及螺旋出土器技术领域，更具体地说，涉及一种带着冻结装置的螺旋出土器。


背景技术：

3.土压平衡盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。土压平衡盾构的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
4.现阶段我国土压平衡盾构机已广泛应用于地下隧道工程中，螺旋出土器是土压平衡盾构机中的一个重要组成部分，此类盾构机,在穿越富水砂土层﹑富水断裂带﹑充填承压水溶土洞群及江河地段等富水复杂地质地段时,都不同程度地发生了喷涌。喷涌会产生较大的安全隐患，影响工程进度，所以在螺旋出土器渣土喷涌时关闭密封阀门进行处理，但是在部分地层螺旋出土器内部会因出土的石块较大而卡住，需要将石块取出，关闭阀门时并不能解决此类问题，另外阀门处也因喷涌大，有时有碎石而关闭困难，时有渗漏，此时不但安全性不好，而且修复不便，修复工期长且效率低。因此，我们提出一种带着冻结装置的螺旋出土器，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带着冻结装置的螺旋出土器，本方案中通过第一轴式螺旋段输送开挖的松散土体，打开第一个阀门后通过第一轴式螺旋段会将土水混合物传到冻结管道中，同时通过液氮进口排入液氮到液氮管道中，通过液氮管道对内管体进行降温冷却，将冻结管道内部的土变成冻土，通过测温计和测温计显示器的配合，避免温度过低，冻土体积膨胀导致压力过大而引起炸裂的风险。此时可以对螺旋出土器渗漏的部位进行修复处理，极大避免了目前的水土混合物的流出而导致修复时不够安全性和不够方便，极大的减少了修复工期且效率高，同时极大避免了流体状的土在排出时产生喷涌，而导致现场混乱以及影响设备的正常运行；在冻结完毕后，开启第二个阀门，此时第二轴式螺旋段将冻土排到排土口，然后修复完毕后经过热盐水循环箱对冻土进行适当的加热解冻，极大的方便了土层的排出，完全的将土排出到机器之外，以保证螺旋出土器正常循环进行。
6.2．技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
7.一种带着冻结装置的螺旋出土器，包括螺旋出土器本体和控制终端，所述螺旋出土器本体包括有第一轴式螺旋段、第二轴式螺旋段和冻结管道，所述冻结管道固定连接于
第一轴式螺旋段和第二轴式螺旋段之间，所述第二轴式螺旋段远离冻结管道的一端连接有排土口，所述冻结管道包括有外管体和内管体，所述外管体和内管体之间形成第一空腔，所述第一空腔内部设有液氮管道，所述液氮管道盘旋缠绕于内管体的外壁，所述外管体外壁分别开设有液氮进口和液氮出口，所述液氮进口和液氮出口分别连通于液氮管道的进出口，所述内管体外壁还安装有测温计，所述外管体的外壁固定连接有测温计显示器，所述冻结管道的两侧均固定连接有阀门；进一步的，所述内管体的内部还连接有力变层，所述力变层的外壁固定连接有若干个弹簧，所述弹簧的另一端固定连接于与内管体的内壁。所述内管体的内部开设有若干个储存腔，所述储存腔内部固定连接有若干个均匀分布的定向形变球，当冻结管道内的土在冻结的过程中时，会发生一定的膨胀，此时膨胀的冻土会对力变层进行挤压，力变层的韧性高，通过力变层的变形同时会对弹簧进行挤压压缩，一方面可以对冻结的膨胀力进行缓冲，另一方面可以给冻土的膨胀留有更大的伸缩空间。进一步的，所述定向形变球的两侧分别固定连接有第一弹性膜和第二弹性膜，所述第一弹性膜和第二弹性膜内部分别填充有复合粉末和修复胶水，所述定向形变球另外两端为硬质层，所述第一弹性膜、第二弹性膜和硬质层的中间部分形成第二空腔，所述第二空腔内部充有气体，所述第一弹性膜和第二弹性膜外壁还固定连接有脆性块；定向形变球受到挤压后导致第二空腔内的压缩氮气受到挤压，从而会使得第一弹性膜和第二弹性膜向着两侧膨胀，当相邻的两个定向形变球之间的第一弹性膜和第二弹性膜相互触碰挤压到一定力度时，第一弹性膜和第二弹性膜脆性块会被压碎，此时第一弹性膜中的复合粉末会溢出和相邻的定向形变球中第二弹性膜溢出的修复胶水进行混合，此时修复胶水和复合粉末中的水泥粉末、碳粉和有色颜料进行混合，会被催化迅速聚合固化粘着，不但可以使得储存腔内部更加坚固。
8.进一步的，所述复合粉末为水泥粉末、碳粉和有色颜料混合制成，且所述水泥粉末、碳粉和有色颜料的质量比为5：3：2，所述有色颜料的颜色为红色，通过对水泥粉末、碳粉和有色颜料一定的比例，可使得在与修复胶水混合时起到较为理想的强度。
9.进一步的，所述第二空腔内部的气体为压缩氮气，氮气在溢出不会有危险，同时使压缩的氮气，可提高氮气使第一弹性膜和第二弹性膜膨胀效果。
10.进一步的，所述力变层与内管体之间固定连接有辅助伸缩杆，所述弹簧套设于辅助伸缩杆外部，辅助伸缩杆会跟随力变层的挤压一起收缩，可提高力变层和内管体内壁的连接强度。
11.进一步的，所述外管体的外壁还开设有多个孔洞，所述孔洞内分别固定连接有连接管和观察管，所述连接管一端连通于液氮管道，所述连接管和观察管的另一端在不用时均为封闭状态，使用时可通过将连接管和外部液氮通入管连通，进而可调节液氮管道内的液氮量，从而控制冻结管道内部不同程度上的冻结效果，适用范围广。
12.进一步的，所述第二轴式螺旋段的输入电机还连接有功率显示器，所述功率显示器的输出端连接于控制终端的输入端，所述控制终端的输出端连接有液氮输入模块，所述液氮输入模块可调节液氮输入量。当冻土完毕后通过第二轴式螺旋段破碎排出冻结管道中的冻土时，通过功率显示器可以知道第二轴式螺旋段的输入电机的功率，当功率较大时代表冻土较硬，对其破碎排出需要较大的功率，此时功率显示器将信号传给控制终端，控制终端再反馈到液氮输入模块，从而液氮输入模块将液氮的输入量调小，然后第二轴式螺旋段
的输入电机的功率变小后，功率显示器显示正常，反之亦然，可提高该螺旋出土器的正常运行和使用效果。
13.进一步的，所述外管体的外壁还包裹有保温层，通过保温层可以保证冻结管道内部的冻结效果以及提高冻结的效率。
14.进一步的，所述排土口处还设置有热盐水循环箱，所述第二轴式螺旋段排出的土会经过热盐水循环箱后排出，通过热盐水循环箱可以对冻土进行适当的加热解冻，极大的方便了土层的排出，完全的将土排出到机器之外，以保证螺旋出土器本体的正常循环进行。
15.进一步的，所述第一轴式螺旋段和第二轴式螺旋段相互靠近的一端与冻结管道的两端均通过螺栓连接，螺栓连接可以方便冻结管道与第一轴式螺旋段和第二轴式螺旋段之间的安装和拆卸，方便后续的检修更换，从而不用对整个螺旋出土器进行更换，节省工作量和成本。
16.3．有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：（1）本方案中通过第一轴式螺旋段输送开挖的松散土体，打开冻结管道靠近第一轴式螺旋段的第一个阀门，通过第一轴式螺旋段会将土水混合物传到冻结管道中，同时通过液氮进口排入液氮到液氮管道中，通过液氮管道对内管体进行降温冷却，最终对冻结管道内部的土进行冻结，变成冻土，液氮管道的螺旋式结构可以提高制冷的效率；通过测温计和测温计显示器的配合，避免温度过低，冻土体积膨胀导致压力过大而引起炸裂的风险。此时可以对螺旋出土器渗漏的部位进行修复处理，极大避免了目前的水土混合物的流出而导致修复时不够安全性和不够方便，极大的减少了修复工期且效率高；同时避免了流体状的土在排出时产生喷涌，而导致现场混乱和影响设备正常运行。
17.（2）本方案中在冻结完毕后，开启冻结管道靠近第二轴式螺旋段的第二个阀门，此时通过第二轴式螺旋段将冻土排出到排土口，然后在修复完毕后经过热盐水循环箱对冻土进行适当的加热解冻，极大的方便了土层的排出，完全的将土排出到机器之外，以保证螺旋出土器的正常循环进行。
18.（3）本方案中当冻结管道内的土在冻结的过程中时，会发生一定的膨胀，此时膨胀的冻土会对力变层进行挤压，力变层的韧性高，通过力变层的变形同时会对弹簧进行挤压压缩，一方面可以对冻结的膨胀力进行缓冲，另一方面可以给冻土的膨胀留有更大的伸缩空间，可以提高冻土的膨胀体积，进而对冻结管道有很好的保护效果。
19.（4）当冻结管道内的冻土膨胀压力过大时，冻土挤压力变层和弹簧，进而不断挤压内管体，会对储存腔内的定向形变球进行挤压，导致第二空腔内的压缩氮气受到挤压，从而会使得第一弹性膜和第二弹性膜向着两侧膨胀，当相邻的两个定向形变球之间的第一弹性膜和第二弹性膜相互触碰挤压到一定力度时，第一弹性膜和第二弹性膜的脆性块会被压碎，此时第一弹性膜中的复合粉末会溢出和相邻的第二弹性膜溢出的修复胶水进行混合，会被催化迅速聚合固化粘着，不但可以使得储存腔内部更加坚固，即提高内管体内部的强度，而且当内管体出现裂缝时还可对裂缝进行修补粘合加固，从而可进一步防止冻土的膨胀力使得冻结管道爆裂，使得冻结管道更加的安全。
20.（5）当内管体的外壁有破裂时，定向形变球中的复合粉末会从中溢出到管体和内管体之间的腔体中，最终会溢出到观察管中，通过复合粉末的红色颜料即可知道内管体已
经有破裂现象，方便后续的检修。
21.（6）当冻土完毕后通过第二轴式螺旋段破碎排出冻结管道中的冻土时，通过功率显示器可以知道第二轴式螺旋段的输入电机的功率，当功率较大时代表冻土较硬，对其破碎排出需要较大的功率，此时功率显示器将信号传给控制终端，控制终端再反馈到液氮输入模块，从而液氮输入模块将液氮的输入量调小，然后第二轴式螺旋段的输入电机的功率变小后，功率显示器显示正常，反之亦然，可提高该螺旋出土器的正常运行和使用效果。
22.（7）连接管在使用时可通过将连接管和外部液氮通入管连通，进而可调节液氮管道内的液氮量，从而控制冻结管道内部不同程度上的冻结效果，适用范围广。
附图说明
23.图1为本发明的螺旋出土器结构示意图；图2为本发明的冻结管道局部剖视结构示意图；图3为本发明的冻结管道截面剖视结构示意图；图4为本发明的定向形变球内部结构示意图；图5为本发明的储存腔内定向形变球发生形变状态结构示意图；图6为本发明的液氮输入模块流程结构示意图。
24.图中标号说明：1、第一轴式螺旋段；2、冻结管道；3、测温计显示器；4、第二轴式螺旋段；5、排土口；6、液氮进口；7、液氮出口；8、液氮管道；9、外管体；10、内管体；11、第一空腔；12、力变层；13、弹簧；14、辅助伸缩杆；15、储存腔；16、缺口；17、连接管；18、定向形变球；19、第一弹性膜；20、第二弹性膜；21、第二空腔；22、观察管。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。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。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是适配型号元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.实施例：请参阅图1和图2，一种带着冻结装置的螺旋出土器，包括螺旋出土器本体和控制
终端，螺旋出土器本体包括有第一轴式螺旋段1、第二轴式螺旋段4和冻结管道2，冻结管道2固定连接于第一轴式螺旋段1和第二轴式螺旋段4之间，第一轴式螺旋段1和第二轴式螺旋段4相互靠近的一端与冻结管道2的两端均通过螺栓连接，螺栓连接可以方便冻结管道2与第一轴式螺旋段1和第二轴式螺旋段4之间的安装和拆卸，方便后续的检修更换，从而不用对整个螺旋出土器进行更换，节省工作量和成本，第二轴式螺旋段4远离冻结管道2的一端连接有排土口5，冻结管道2包括有外管体9和内管体10，外管体9的外壁还包裹有保温层，通过保温层可以保证冻结管道2内部的冻结效果以及提高冻结的效率，外管体9和内管体10之间形成第一空腔11，第一空腔11内部设有液氮管道8，液氮管道8盘旋缠绕于内管体10的外壁，外管体9外壁分别开设有液氮进口6和液氮出口7，液氮进口6和液氮出口7分别连通于液氮管道8的进出口，内管体10外壁还安装有测温计，外管体9的外壁固定连接有测温计显示器3，冻结管道2的两侧均固定连接有阀门。外管体9的外壁还开设有多个孔洞，孔洞内固定连接有连接管17，连接管17一端连通于液氮管道8，连接管17的另一端在不用时为封闭状态，使用可将连接管17和外部液氮通入管相连通，进而可调节液氮管道8内的液氮量，从而控制冻结管道2内部不同程度上的冻结效果，适用范围广；通过第一轴式螺旋段1对土层进行开采，打开冻结管道2靠近第一轴式螺旋段1的第一个阀门，第一轴式螺旋段1会将土水混合物传到冻结管道2中，同时通过液氮进口6排入液氮到液氮管道8中，通过液氮管道8对内管体10进行降温冷却，最终对冻结管道2的内管体10内部的土进行冻结，变成冻土，液氮从液氮出口7排出，以此进行循环冷却，通过测温计和测温计显示器3的配合，可知道冻结管道2内部的温度大小，避免温度过低，冻土体积膨胀导致压力过大而引起炸裂的风险。此时可以对螺旋出土器渗漏的部位进行修复处理，极大避免了目前的水土混合物的流出而导致修复时不够安全性和不够方便，极大的减少了修复工期且效率高；同时极大的避免了流体状的土在排出时产生喷涌，而导致现场混乱以及影响设备的正常运行。排土口5处还设置有热盐水循环箱，第二轴式螺旋段4排出的土会经过热盐水循环箱后排出，冻结完毕后，再开启冻结管道2靠近第二轴式螺旋段4的阀门，此时通过第二轴式螺旋段4将冻土排出到排土口5，通过热盐水循环箱可以对冻土进行适当的加热解冻，极大的方便了土层的排出，完全的将土排出到机器之外，以保证螺旋出土器本体的正常循环进行。
29.请参阅图3，内管体10的内部还连接有力变层12，力变层12的外壁固定连接有若干个弹簧13，弹簧13的另一端固定连接于与内管体10的内壁。力变层12与内管体10之间固定连接有辅助伸缩杆14，弹簧13套设于辅助伸缩杆14外部；当冻结管道2内的土在冻结的过程中时，会发生一定的膨胀，此时膨胀的冻土会对力变层12进行挤压，力变层12的韧性高，通过力变层12的变形同时会对弹簧13进行挤压压缩，一方面可以对冻结的膨胀力进行缓冲，另一方面可以给冻土的膨胀留有更大的伸缩空间，可以提高冻土的膨胀体积，进而对冻结管道2有很好的保护效果。辅助伸缩杆14会跟随力变层12的挤压一起收缩，可提高力变层12和内管体10内壁的连接强度。
30.请参阅图4和图5，所述内管体10的内部开设有若干个储存腔15，所述储存腔15内部固定连接有若干个均匀分布的定向形变球18，定向形变球18的两侧分别固定连接有第一弹性膜19和第二弹性膜20，第一弹性膜19和第二弹性膜20内部分别填充有复合粉末和修复胶水，定向形变球18另外两端为硬质层，第一弹性膜19、第二弹性膜20和硬质层的中间部分
形成第二空腔21，第二空腔21内部充有气体，第一弹性膜19和第二弹性膜20外壁还固定连接有脆性块，复合粉末为水泥粉末、碳粉和有色颜料混合制成，且水泥粉末、碳粉和有色颜料的质量比为5：3：2，所述有色颜料的颜色为红色，第二空腔21内部的气体为压缩氮气；当冻结管道2内的冻土膨胀压力过大时，冻土首先会对力变层12有作用力，然后力变层12通过弹簧13不断的进一步挤压内管体10，进而会对储存腔15内的定向形变球18进行挤压，定向形变球18受到挤压后导致第二空腔21内的压缩氮气受到挤压，从而会使得第一弹性膜19和第二弹性膜20向着两侧膨胀，当相邻的两个定向形变球18之间的第一弹性膜19和第二弹性膜20相互触碰挤压到一定力度时，第一弹性膜19和第二弹性膜20脆性块会被压碎，此时第一弹性膜19中的复合粉末会溢出和相邻的定向形变球18中第二弹性膜20溢出的修复胶水进行混合，此时修复胶水和复合粉末中的水泥粉末、碳粉和有色颜料进行混合，会被催化迅速聚合固化粘着，不但可以使得储存腔15内部更加坚固，即提高内管体10内部的强度，而且当内管体10出现裂缝时还可对裂缝进行修补粘合加固，从而可进一步防止冻土的膨胀力使得冻结管道2爆裂，使得冻结管道2更加的安全。当内管体10的外壁有破裂时，定向形变球18中的复合粉末会从中溢出到管体9和内管体10之间的腔体中，最终会溢出到观察管22中，通过复合粉末的红色颜料即可知道内管体10已经有破裂现象，方便后续的检修。
31.请参阅图6，第二轴式螺旋段4的输入电机还连接有功率显示器，功率显示器的输出端连接于控制终端的输入端，控制终端的输出端连接有液氮输入模块，液氮输入模块可调节液氮输入量；当冻土完毕后通过第二轴式螺旋段4破碎排出冻结管道2中的冻土时，通过功率显示器可以知道第二轴式螺旋段4的输入电机的功率，当功率较大时代表冻土较硬，对其破碎排出需要较大的功率，此时功率显示器将信号传给控制终端，控制终端再反馈到液氮输入模块，从而液氮输入模块将液氮的输入量调小，然后第二轴式螺旋段4的输入电机的功率变小后，功率显示器显示正常，反之亦然，可提高该螺旋出土器的正常运行和使用效果。
32.工作原理：在使用时，首先通过第一轴式螺旋段1对土层进行开采，打开冻结管道2靠近第一轴式螺旋段1的第一个阀门，此时第一轴式螺旋段1会将土水混合物传到冻结管道2中，同时通过液氮进口6排入液氮到液氮管道8中，通过液氮管道8对内管体10进行降温冷却，最终对冻结管道2的内管体10内部的土进行冻结，变成冻土，液氮从液氮出口7排出，以此进行循环冷却，同时液氮管道8的螺旋式结构可以提高制冷的效率。通过测温计和测温计显示器3的配合，可知道冻结管道2内部的温度大小，避免温度过低，冻土体积膨胀导致压力过大而引起炸裂的风险。此时可以对螺旋出土器渗漏的部位进行修复处理，极大避免了目前的水土混合物的流出而导致修复时不够安全性和不够方便，极大的减少了修复工期且效率高；同时极大避免了流体状的土在排出时产生喷涌，而导致现场混乱以及影响设备的正常运行。
33.冻结完毕后，再开启冻结管道2靠近第二轴式螺旋段4的阀门，此时通过第二轴式螺旋段4将冻土排出到排土口5，然后在修复完毕后经过热盐水循环箱对冻土进行适当的加热解冻，极大的方便了土层的排出，完全的将土排出到机器之外，以保证螺旋出土器的正常循环进行。
34.当冻结管道2内的土在冻结的过程中时，会发生一定的膨胀，此时膨胀的冻土会对力变层12进行挤压，力变层12的韧性高，通过力变层12的变形同时会对弹簧13进行挤压压
缩，一方面可以对冻结的膨胀力进行缓冲，另一方面可以给冻土的膨胀留有更大的伸缩空间，可以提高冻土的膨胀体积，进而对冻结管道2有很好的保护效果。
35.当冻结管道2内的冻土膨胀压力过大时，冻土首先会对力变层12有作用力，然后力变层12通过弹簧13不断的进一步挤压内管体10，进而会对储存腔15内的定向形变球18进行挤压，定向形变球18受到挤压后导致第二空腔21内的压缩氮气受到挤压，从而会使得第一弹性膜19和第二弹性膜20向着两侧膨胀，如图5所示，当相邻的两个定向形变球18之间的第一弹性膜19和第二弹性膜20相互触碰挤压到一定力度时，第一弹性膜19和第二弹性膜20脆性块会被压碎，此时第一弹性膜19中的复合粉末会溢出和相邻的定向形变球18中第二弹性膜20溢出的修复胶水进行混合，此时修复胶水和复合粉末中的水泥粉末、碳粉和有色颜料进行混合，会被催化迅速聚合固化粘着，不但可以使得储存腔15内部更加坚固，即提高内管体10内部的强度，而且当内管体10出现裂缝时还可对裂缝进行修补粘合加固，从而可进一步防止冻土的膨胀力使得冻结管道2爆裂，使得冻结管道2更加的安全。当内管体10的外壁有破裂时，定向形变球18中的复合粉末会从中溢出到管体9和内管体10之间的腔体中，最终会溢出到观察管22中，通过复合粉末的红色颜料即可知道内管体10已经有破裂现象，方便后续的检修。
36.当冻土完毕后通过第二轴式螺旋段4破碎排出冻结管道2中的冻土时，通过功率显示器可以知道第二轴式螺旋段4的输入电机的功率，当功率较大时代表冻土较硬，对其破碎排出需要较大的功率，此时功率显示器将信号传给控制终端，控制终端再反馈到液氮输入模块，从而液氮输入模块将液氮的输入量调小，然后第二轴式螺旋段4的输入电机的功率变小后，功率显示器显示正常，反之亦然，可提高该螺旋出土器的正常运行和使用效果。
37.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。