CN114260106A - 一种土压平衡盾构渣土分级处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构渣土分级处理***，其包括设置在盾构机舱内的螺旋输送器、振动筛、卧螺式离心机、灯管烘干机和连续皮带机；螺旋输送器用于将盾构渣土输送至振动筛；振动筛用于对渣土进行分离，将分离后的泥浆输送至卧螺式离心机内；卧螺式离心机将泥浆进行离心脱水分离得到泥饼并送入灯管烘干机内；灯管烘干机对泥饼进行烘干处理并将泥饼输送至连续皮带机；连续皮带机将烘干后的泥饼运送至盾构机舱外部。本方案中可通过盾构机内的多级模块化筛分、脱水，完成盾构渣土的舱内脱水作业,使得盾构的掘进和排渣效率得到大大提高；能够实现盾构渣土中砂石、泥土和水的固液分离，实现脱出水分循环使用，提升盾构渣土的后端价值。

Description

一种土压平衡盾构渣土分级处理***

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别是涉及一种土压平衡盾构渣土分级处理***。

背景技术

土压平衡盾构施工法是城市地铁区间隧道施工的主要方法之一，尤其在砂卵石或砂砾石地区应用广泛。隧道开挖产生的泥浆和碎石，将会混合形成大量的盾构废弃渣土。由于地层含水和盾构掘进过程中会加入膨润土和泡沫剂等改良剂，盾构施工过程中产生的渣土多处于流塑状态(含水率在40％-60％)。

现有各种对盾构渣土进行脱水分离处理的方法，虽能够使脱水后的渣土满足工区外运不撒漏的要求。但能在盾构掘进过程中解决脱水处理效率低的方法寥寥，其脱水效率仅能满足盾构机掘进速度的30％-40％，严重制约盾构施工掘进速度。这会极大降低盾构机施工效能和施工进度，进而影响城市地铁建设进程。例如：1、含水渣土的运送一般是待满载渣土的渣斗车行至道岔处，另一辆空仓的渣土车再开进至出渣口，继续进行推进，这一过程耗时至少需要10-20分钟。2、渣土隧道内排出运输途中不仅会出现转运不便，排出效率低的情况；还易出现泥沙泄撒、粉尘弥散，造成盾构机内部的污染，继而容易影响装置设备正常运行。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明旨在提供一种土压平衡盾构渣土分级处理***，解决了现有的渣土脱水设备因脱水效率低下而导致降低盾构机施工效能、施工进度和影响城市地铁建设进程问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供了一种土压平衡盾构渣土分级处理***，其包括设置在盾构机舱内的螺旋输送器、振动筛、卧螺式离心机、灯管烘干机和连续皮带机；

螺旋输送器用于将盾构渣土从盾构刀盘内输送至振动筛；

振动筛用于对渣土进行土、砂和石块振动分离，并将分离后得到的砂和石块送入传料皮带机，将分离后的到的泥浆送入卧螺式离心机内；

卧螺式离心机用于将泥浆进行离心脱水分离得到泥饼并将得到的泥饼送入灯管烘干机内；

灯管烘干机对泥饼进行烘干处理并将烘干后的泥饼输送至连续皮带机；连续皮带机将烘干后的泥饼运送至盾构机舱外部。

进一步地，螺旋输送器上设置有输入口和输出口，输入口用于与装有盾构刀盘的土仓连通，螺旋输送器倾斜设置，输出口的高度高于输入口的高度；输出口的下方设置有振动筛。

进一步地，振动筛包括呈漏斗结构的料斗，料斗位于输出口下方，料斗的一侧设置有卧螺式离心机和连续皮带机；料斗朝向卧螺式离心机和连续皮带机方向倾斜设置，倾斜角度为20°～30°；料斗的顶部靠近卧螺式离心机和连续皮带机方向的一侧开设有用于排出渣土中砂和石块的料斗出料口，料斗底部设置有用于排出泥浆的泥浆输出口，泥浆输出口用于与卧螺式离心机连通。

进一步地，卧螺式离心机包括呈中空圆柱结构的离心机壳体，离心机壳体的一端设置有用于与泥浆输出口连通的泥浆进料口和离心排液口，另一端设置有离心出渣口；

离心机壳体内设置有转动的转鼓，转鼓呈一端具有开口的中空柱状结构，转鼓的圆周外壁上设置有多个过滤孔，转鼓内设置有转动的螺旋叶片；

泥浆进料口与转鼓的中部连通，离心排液口和离心出渣口均位于转鼓外部，离心出渣口用于与灯管烘干机连通。

进一步地，离心机壳体内部设置有用于调节液池深度的堰板。堰板可调节液池的深度和脱水区长短，改变最终从卧螺式离心机分离出的渣土泥浆的含水率和泥饼粒径范围。

进一步地，泥浆输出口的底部设置有收集槽，收集槽底部设置有浆液泵，浆液泵将收集槽内的泥浆泵入泥浆进料口。浆液泵是为避免进料压力的变化导致进料不均匀而设置。采用浆液泵进料定量输送的方法，可防止大量的泥浆突然进入卧螺式离心机，造成进料管扭断和转鼓内腔堵塞以及传动主轴承振动加大，如若长期以往就会损伤卧螺式离心机。

进一步地，灯管烘干机包括烘干机壳体，烘干机壳体有相互独立的搅拌脱水槽和密封区域，搅拌脱水槽内部设置有转轴，转轴上设置有呈螺旋结构的搅拌叶片，搅拌脱水槽的内壁上环形设置有多圈烘干灯管；烘干机壳体的两端分别设置有与其内部连通的烘干进渣口和烘干出渣口；烘干进渣口用于与离心出渣口连通；烘干后的渣土通过烘干出渣口排出至连续皮带机；

密封区域设置有用于驱动转轴绕自身轴线转动的驱动装置。

进一步地，烘干机壳体内设置有保温层；烘干机壳体的圆周外壁上设置有与其内部连通的蒸汽冷凝器，蒸汽冷凝器上设置有用于与螺旋输送器连通的集水管；驱动装置为旋转电机；烘干机壳体外部设置有控制烘干灯管发热数量的温度控制装置。

本发明的基本原理为：首先螺旋输送器将渣土从盾构刀盘内输送至振动筛，振动筛对渣土进行土、砂和石块振动分离，利用振动挤压、冲刷和重力势能让直径在0-2mm的细粒渣土泥浆振动进入收集槽。在振动筛分时采用高压清水对渣土进行冲洗，不仅可以防止渣土在振动筛上的堵塞，还可以有效减少砂石上黏附的黏土，为砂石的再利用提供更好的条件。分离出粒径大于2mm的石块和砂砾，由料斗出料口排到转运皮带机上运出隧道，可根据性能需要作为建材骨料使用；料头倾斜设置并与转料皮带机连接，方便收集转运骨料；料斗的上方可以等距设置高压水喷枪，用于对分离出的土石块破碎、冲洗；料斗顶部的四周设置挡泥板，防止冲洗时泥浆飞溅，污染设备；泥浆通过料斗底部的泥浆输出口输出至卧螺式离心机内；

泥浆由收集槽流入浆液泵加压定量泵送入卧螺式离心机，泥浆在高速旋转所产生的巨大离心力作用下固液分离，比重较大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，螺旋叶片将沉积在转鼓内壁上的固相颗粒(泥饼)刮下并推出离心出渣口；离心分离后的液相沿排液口流出转鼓，并经离心排液口排入污水管网，部分循环用于施工作业用水。

泥浆经过卧螺式离心机脱水后形成粒径为0.005mm-2mm，含水率在15％-25％的泥饼，并通过离心出渣口进入灯管烘干机，现场工程师可根据泥饼含水率调节温度(即灯管工作数量)烘干泥饼。灯管通过电机带动转轴旋转，使得搅拌叶片旋转，从而使输送的泥饼受到后续泥饼的挤压向后输送，烘干。烘干后的泥饼由烘干出渣口排出；泥饼由连续出渣皮带机直接排出，排出的泥饼可根据特性进行资源化利用，例如用于制作黏土砖、路基垫层填土等，蒸汽冷凝器对烘干机壳体内的水蒸气进行降温冷凝，并通过集水管将冷凝后的清水输送至螺旋输送器或者振动筛。

本发明的有益效果为：1、本方案中在盾构机舱内的螺旋输送器、振动筛、卧螺式离心机、灯管烘干机和连续皮带机，可通过盾构机内的多级模块化筛分、脱水，完成盾构渣土的舱内脱水作业,使得盾构的掘进和排渣效率得到大大提高；能够实现盾构渣土中砂石、泥土和水的固液分离，实现脱出水分循环使用，提升废渣的后端价值；避免了盾构渣土排出时对盾构机内部污染的可能,降低盾构渣土处理过程中的总风险和成本。

2、本方案中的卧螺式离心机，结构紧凑，适合盾构机舱内安装操作，能够实现盾构机狭小空间内的封闭脱水作业，避免渣土泥浆污染。而且过程中不需要滤布和滤网，避免更换滤布和滤网的耗时；卧螺式离心机可调节离心母液出口的堰板，调节液池的深度和脱水区长短，以适应掘进中不同地层的渣土脱水工作；同时，卧螺式离心机加长了直转鼓，增加了物料的沉降时间，同时螺旋上增加液相导流孔，可大大增加离心机的脱水能力。

3、本方案中的温度控制装置和烘干灯管连接，可根据物料含水率控制发热灯管数。另外，相较传统热风烘干机吹风烘干易引起渣土扬尘，灯管烘干机对盾构机内部环境影响极小，避免粉尘影响盾构机舱内工作环境。

附图说明

图1为一种土压平衡盾构渣土分级处理***的结构示意图。

图2为振动筛的结构示意图。

图3为卧螺式离心机的结构示意图。

图4为灯管烘干机的结构示意图。

图5为土压平衡盾构渣土分级处理***的脱水排渣流程图。

其中，1、盾构机舱；2、螺旋输送器；201、输入口；202、输出口；3、振动筛；301、料斗；302、料斗出料口；303、泥浆输出口；4、卧螺式离心机；401、离心机壳体；402、泥浆进料口；403、离心出渣口；404、离心排液口；405、转鼓；406、螺旋叶片；407、堰板；5、灯管烘干机；501、烘干机壳体；502、搅拌脱水槽；503、密封区域；504、转轴；505、搅拌叶片；506、烘干灯管；507、烘干进渣口；508、烘干出渣口；509、驱动装置；510、保温层；511、蒸汽冷凝器；6、连续皮带机；7、收集槽；8、浆液泵。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图5所示，本发明提供了一种土压平衡盾构渣土分级处理***，其包括设置在盾构机舱1内的螺旋输送器2、振动筛3、卧螺式离心机4、灯管烘干机5和连续皮带机6；螺旋输送器2用于将盾构渣土从盾构刀盘内输送至振动筛3；振动筛3用于对渣土进行土、砂和石块振动分离，并将分离后得到的砂和石块送入传料皮带机，将分离后的到的泥浆送入卧螺式离心机4内；卧螺式离心机4用于将泥浆进行离心脱水分离得到泥饼并将得到的泥饼送入灯管烘干机5内；

灯管烘干机5对泥饼进行烘干处理并将烘干后的泥饼输送至连续皮带机6；连续皮带机6将烘干后的泥饼运送至盾构机舱1外部。

优选但不局限地，螺旋输送器2上设置有输入口201和输出口202，输入口201用于与装有盾构刀盘的土仓连通，螺旋输送器2倾斜设置，输出口202的高度高于输入口201的高度；输出口202的下方设置有振动筛3。螺旋输送器2倾斜的设置可以方便振动筛3的布置。

振动筛3包括呈漏斗结构的料斗301，料斗301位于输出口202下方，料斗301的一侧设置有卧螺式离心机4和连续皮带机6；料斗301朝向卧螺式离心机4和连续皮带机6方向倾斜设置，倾斜角度为20°～30°，料斗301振动后便于将渣土中的砂和石块排出；料斗301的顶部靠近卧螺式离心机4和连续皮带机6方向的一侧开设有用于排出渣土中砂和石块的料斗出料口302，料斗301底部设置有用于排出泥浆的泥浆输出口303202，泥浆输出口303202用于与卧螺式离心机4连通。

振动筛3的工作原理为：振动筛3对渣土进行土、砂和石块振动分离，利用振动挤压、冲刷和重力势能让直径在0-2mm的细粒渣土泥浆振动进入收集槽7。在振动筛3分时采用高压清水对渣土进行冲洗，不仅可以防止渣土在振动筛3上的堵塞，还可以有效减少砂石上黏附的黏土，为砂石的再利用提供更好的条件。分离出粒径大于2mm的石块和砂砾，由料斗出料口302排到转运皮带机上运出隧道，可根据性能需要作为建材骨料使用；料头倾斜设置并与转料皮带机连接，方便收集转运骨料；料斗301的上方可以等距设置高压水喷枪，用于对分离出的土石块破碎、冲洗；料斗301顶部的四周设置挡泥板，防止冲洗时泥浆飞溅，污染设备；泥浆通过料斗301底部的泥浆输出口303202输出至卧螺式离心机4内。

泥浆输出口303202的底部设置有收集槽7，收集槽7底部设置有浆液泵8，浆液泵8将收集槽7内的泥浆泵入泥浆进料口402。浆液泵8是为避免进料压力的变化导致进料不均匀而设置。采用浆液泵8进料定量输送的方法，可防止大量的泥浆突然进入卧螺式离心机4，造成进料管扭断和转鼓405内腔堵塞以及传动主轴承振动加大，如若长期以往就会损伤卧螺式离心机4

卧螺式离心机4包括呈中空圆柱结构的离心机壳体401，离心机壳体401的一端设置有用于与泥浆输出口303202连通的泥浆进料口402和离心排液口404，另一端设置有离心出渣口403；离心机壳体401内设置有转动的转鼓405，转鼓405呈一端具有开口的中空柱状结构，转鼓405的圆周外壁上设置有多个过滤孔，转鼓405内设置有转动的螺旋叶片406；泥浆进料口402与转鼓405的中部连通，离心排液口404和离心出渣口403均位于转鼓405外部，离心出渣口403用于与灯管烘干机5连通。

卧螺式离心机4的工作原理为：泥浆由收集槽7流入浆液泵8加压定量泵送入卧螺式离心机4，泥浆在高速旋转所产生的巨大离心力作用下固液分离，比重较大的固相颗粒沉积在转鼓405内壁上，螺旋叶片406将沉积在转鼓405内壁上的固相颗粒(泥饼)刮下并推出离心出渣口403；离心分离后的液相沿排液口流出转鼓405，并经离心排液口404排入污水管网，部分循环用于施工作业用水。泥浆经过卧螺式离心机4脱水后形成粒径为0.005mm-2mm，含水率在15％-25％的泥饼，并通过离心出渣口403进入灯管烘干机5。卧螺式离心机4，结构紧凑，适合盾构机舱1内安装操作，能够实现盾构机狭小空间内的封闭脱水作业，避免渣土泥浆污染。而且过程中不需要滤布和滤网，避免更换滤布和滤网的耗时；卧螺式离心机4可调节离心母液出口的堰板407，调节液池的深度和脱水区长短，以适应掘进中不同地层的渣土脱水工作；同时，卧螺式离心机4加长了直转鼓405，增加了物料的沉降时间，同时螺旋上增加液相导流孔，可大大增加离心机的脱水能力。

灯管烘干机5包括烘干机壳体501，烘干机壳体501有相互独立的搅拌脱水槽502和密封区域503，搅拌脱水槽502内部设置有转轴504，转轴504上设置有呈螺旋结构的搅拌叶片505，搅拌脱水槽502的内壁上环形设置有多圈烘干灯管506；烘干机壳体501的两端分别设置有与其内部连通的烘干进渣口507和烘干出渣口508；烘干进渣口507用于与离心出渣口403连通；烘干后的渣土通过烘干出渣口508排出至连续皮带机6；密封区域503设置有用于驱动转轴504绕自身轴线转动的驱动装置509。进一步地，烘干机壳体501内设置有保温层510；烘干机壳体501的圆周外壁上设置有与其内部连通的蒸汽冷凝器511，蒸汽冷凝器511上设置有用于与螺旋输送器2连通的集水管；驱动装置509为旋转电机；烘干机壳体501外部设置有控制烘干灯管506发热数量的温度控制装置。

现场工程师可根据泥饼含水率调节温度(即灯管工作数量)烘干泥饼。灯管通过电机带动转轴504旋转，使得搅拌叶片505旋转，从而使输送的泥饼受到后续泥饼的挤压向后输送，烘干。烘干后的泥饼由烘干出渣口508排出；泥饼由连续出渣皮带机直接排出，排出的泥饼可根据特性进行资源化利用，例如用于制作黏土砖、路基垫层填土等，蒸汽冷凝器511对烘干机壳体501内的水蒸气进行降温冷凝，并通过集水管将冷凝后的清水输送至螺旋输送器2或者振动筛3，达到节约水资源的目的。灯管烘干机5相较传统热风烘干机吹风烘干易引起渣土扬尘，灯管烘干机5对盾构机内部环境影响极小，避免粉尘影响盾构机舱1内工作环境。

综上所述，本方案中在盾构机舱1内的螺旋输送器2、振动筛3、卧螺式离心机4、灯管烘干机5和连续皮带机6，可通过盾构机内的多级模块化筛分、脱水，完成盾构渣土的舱内脱水作业,使得盾构的掘进和排渣效率得到大大提高；能够实现盾构渣土中砂石、泥土和水的固液分离，实现脱出水分循环使用，提升废渣的后端价值；避免了盾构渣土排出时对盾构机内部污染的可能，降低盾构渣土处理过程中的总风险和成本。

Claims (8)

1.一种土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，包括设置在盾构机舱内的螺旋输送器、振动筛、卧螺式离心机、灯管烘干机和连续皮带机；

所述螺旋输送器用于将盾构渣土从盾构刀盘内输送至所述振动筛；

振动筛用于对渣土进行土、砂和石块振动分离，并将分离后得到的砂和石块送入传料皮带机，将分离后的到的泥浆送入所述卧螺式离心机内；

卧螺式离心机用于将泥浆进行离心脱水分离得到泥饼并将得到的泥饼送入所述灯管烘干机内；

灯管烘干机对泥饼进行烘干处理并将烘干后的泥饼输送至所述连续皮带机；连续皮带机将烘干后的泥饼运送至盾构机舱外部。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述螺旋输送器上设置有输入口和输出口，输入口用于与装有盾构刀盘的土仓连通，螺旋输送器倾斜设置，输出口的高度高于输入口的高度；输出口的下方设置有所述振动筛。

3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，

所述振动筛包括呈漏斗结构的料斗，所述料斗位于所述输出口下方，料斗的一侧设置有所述卧螺式离心机和连续皮带机；料斗朝向卧螺式离心机和连续皮带机方向倾斜设置，倾斜角度为20°～30°；料斗的顶部靠近卧螺式离心机和连续皮带机方向的一侧开设有用于排出渣土中砂和石块的料斗出料口，料斗底部设置有用于排出泥浆的泥浆输出口，所述泥浆输出口用于与所述卧螺式离心机连通。

4.根据权利要求3所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述卧螺式离心机包括呈中空圆柱结构的离心机壳体，所述离心机壳体的一端设置有用于与所述泥浆输出口连通的泥浆进料口和离心排液口，另一端设置有离心出渣口；

离心机壳体内设置有转动的转鼓，所述转鼓呈一端具有开口的中空柱状结构，转鼓的圆周外壁上设置有多个过滤孔，转鼓内设置有转动的螺旋叶片；

所述泥浆进料口与转鼓的中部连通，所述离心排液口和离心出渣口均位于转鼓外部，离心出渣口用于与所述灯管烘干机连通。

5.根据权利要求4所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述离心机壳体内部设置有用于调节液池深度的堰板。

6.根据权利要求4所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述泥浆输出口的底部设置有收集槽，所述收集槽底部设置有浆液泵，所述浆液泵将收集槽内的泥浆泵入所述泥浆进料口。

7.根据权利要求4所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述灯管烘干机包括烘干机壳体，所述烘干机壳体有相互独立的搅拌脱水槽和密封区域，所述搅拌脱水槽内部设置有转轴，所述转轴上设置有呈螺旋结构的搅拌叶片，搅拌脱水槽的内壁上环形设置有多圈烘干灯管；烘干机壳体的两端分别设置有与其内部连通的烘干进渣口和烘干出渣口；烘干进渣口用于与所述离心出渣口连通；烘干后的渣土通过所述烘干出渣口排出至所述连续皮带机；

所述密封区域设置有用于驱动转轴绕自身轴线转动的驱动装置。

8.根据权利要求7所述的土压平衡盾构渣土分级处理***，其特征在于，所述烘干机壳体内设置有保温层；所述烘干机壳体的圆周外壁上设置有与其内部连通的蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器上设置有用于与所述螺旋输送器连通的集水管；所述驱动装置为旋转电机；烘干机壳体外部设置有控制所述烘干灯管发热数量的温度控制装置。

Images