CN112065430A - 一种盾构机采石装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种盾构机采石装置，包括相连接的筛分单元和储石单元。所述筛分单元箱体上设置有进浆口、排浆口、远离进浆口的一端设有出石口，箱体内设有具有同步传动功能的滚齿式筛分传送机构，该机构不仅能将大于筛分孔径的石块、黏土块输送进储石箱，而且还能将小于筛分孔径的泥沙、石块、黏土块从排浆口排出。所述储石单元包括采石通道、储石箱和采石闸门，具有对大粒径渣石的储存、排放功能。该采石装置最大限度提高了渣石筛分效率，确保筛分充分，实现高效采石；最大限度增加了储石空间，避免频繁停机采石；最大限度提高了渣石清理效率，实现渣石自动清理的功能。

Description

一种盾构机采石装置及工作方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进施工技术领域，尤其涉及一种盾构机采石装置及工作方法。

背景技术

目前，泥水平衡掘进机因其工作压力高、掌子面压力控制精度、适用地层复杂等优势，广泛应用于过江过河、跨越海峡、富水地层隧道施工中。泥水平衡掘进机在施工过程中，刀盘切削后的渣石经进浆浆液混合搅拌后进入泥浆循环系统，输送出隧道外。在此过程中，泥浆循环系统的工作能力主要取决于泥浆环流系统中泥浆泵的排渣能力和通过粒径。当泥水平衡掘进机在岩石含量大、粒径大、硬度高的富水砂卵石等地层掘进时，经常因气垫仓内颚式破碎机无法及时将卵石破碎到泥浆泵输送粒径范围内，导致排浆管路堵塞或气垫仓、泥水仓卵石滞排等事故。一旦滞排，泥水平衡掘进机被迫停止掘进，需要运行逆冲洗模式或人工清理气垫仓、泥水仓的滞排渣石，严重制约泥水平衡掘进机的掘进能力。并且，颚式破碎机在恶劣环境、复杂工况高强度连续工作时，容易出现故障，维修成本高，且存在安全风险。

为解决上述问题，现有技术通常会根据地层情况，通过增加泥浆泵通过能力、增加采石箱或外置破碎机等手段提高泥浆环流系统的携渣能力。其中，增加采石箱是最常用的技术手段。目前，已有的采石箱主要包括落石箱、垂直格栅式采石箱、水平格栅式采石箱、搅拌筛分式采石箱、滚筒筛分式采石箱。

上述五种采石箱都存在如下问题：①渣土筛分不充分，筛分效率低，采石箱易堵塞；②采石箱储石体积有限，储石量少，开箱采石频繁，不适用于泥水平衡掘进机高效排渣要求。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种盾构机采石装置及工作方法，用以解决现有技术在隧道施工过程中采石箱筛分效率低、停机采石频繁的的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种盾构机采石装置，包括筛分单元和储石单元，所述筛分单元与储石单元连接，所述筛分单元上设有具有筛分功能的滚齿式筛分传送机构。通过滚齿式筛分传送机构不仅能将大的石块、黏土块输送至储石单元内暂存后统一运出，减少工人清理次数，还能将小的石块、黏土块和泥浆筛分至筛分箱下部便于排出。

进一步地，为了较好的筛分以及传送渣石，所述筛分单元包括筛分箱，筛分箱上部设有进浆口、下部设有排浆口，所述滚齿式筛分传送机构位于进浆口和排浆口之间的筛分箱上，所述滚齿式筛分传送机构上设有用于筛分渣石的筛分孔；所述筛分箱上远离进浆口的一端设有出石口，所述出石口与滚齿式筛分传送机构的出口端对应。

进一步地，为了使渣石储存在储石箱内，所述储石单元为储石箱，所述储石箱上设有与出石口连通的采石通道，所述储石箱的出口端设有采石闸门。

进一步地，为了提高筛分效果，所述滚齿式筛分传送机构包括若干个平行设置的传送轴组件和驱动传送轴组件转动的驱动组件，传送轴组件均转动连接在筛分箱上，驱动组件连接在筛分箱外侧，相邻两个传送轴组件之间形成筛分孔。

进一步地，为了提高传送效率，所述传送轴组件均包括转轴，转轴均转动连接在筛分单元上，转轴上均设有若干滚齿，滚齿平行且间隔固定在转轴上；相邻两个转轴上的滚齿相配合。

进一步地，为了保护转轴以及设置合适大小的过筛孔，所述转轴上还套设有若干套筒，且套筒位于同一转轴上相邻两个滚齿之间。

进一步地，为了使滚齿更好的传递石块，所述滚齿均为三角形滚齿或四边

形滚齿或五边形滚齿或椭圆形滚齿，三角形滚齿或四边形滚齿或五边形滚齿的边均为弧形边，且相邻弧形边圆滑过渡。

一种盾构机采石装置的工作方法，包括如下步骤：

S1、渣浆通过进浆口进入筛分箱内，落到滚齿式筛分传送机构上；

S2、在步骤S1进行的同时，滚齿式筛分传送机构的驱动组件驱动传送轴组

件连续不断的同步运行，渣浆被滚齿式筛分传送机构不断的筛分和向前传递，小于筛分孔孔径的石块、黏土块和泥沙落至筛分箱下部，大于筛分孔孔径的石块、黏土块经滚齿式筛分传送机构输送到出石口；

S3、步骤S2中落至筛分箱下部的石块、黏土块和泥沙从排浆口排出；

S4、在步骤S3进行的同时，步骤S2中传送至出石口（7）的石块、黏土块

从出石口进入储石单元内暂存；

S5、步骤S4所述的储石单元存满后，打开储石单元上的采石闸门，储石机

构内的石块、黏土块落入运输装置上运出洞外；

S6、关闭采石闸门，重复步骤S1~S5进行下一工作循环。

本发明的有益效果：本发明通过设置储石单元，最大限度的增加储石空间，能够将筛分后的大粒径渣石，储存在储石单元内后统一运出，减少工人清理次数，降低工人作业强度；通过设置设有筛分孔的滚齿式筛分传送机构达到筛分功能，不仅能将大于筛分孔径的石块、黏土块输送进储石箱，还能将小于筛分孔径的黏土块、石块、泥沙筛分至筛分箱下部便于排出，且由于滚齿式筛分传送机构在不断运行工作过程中，使得其上的筛分孔不易堵塞；滚齿式筛分传送机构上转轴的同步转动起到传送和筛分作用，最大限度提高了渣浆筛分效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的筛分箱的侧视图；

图3为本发明的筛分箱的俯视图。

图中：1-进浆口，2-上箱体，3-筛分箱，4-采石闸门，5-套筒，6-转轴，7-出石口，8-排浆口，9-溜渣斗，10-溜渣板，11-侧溜渣板，12-中箱体，13-滚齿，14-轴承座，15-采石通道，16-驱动单元，17-奇数轴，18-偶数轴，19-筛分孔，20-下箱体。

具体实施方式

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付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。

如图1~图3所示，本发明所述一种盾构机采石装置，包括筛分单元和储石单元，筛分单元上设有进浆口1、排浆口8和出石口7，筛分单元内设有具有筛分功能的滚齿式筛分传送机构，滚齿式筛分传送机构上设有筛分孔以达到筛分功能，滚齿式筛分传送机构位于筛分单元的进浆口1和出石口7之间，所述筛分单元的出石口7与储石单元连接。泥水平衡掘进机在施工过程中，刀盘切削后的渣石经进浆浆液混合搅拌，渣浆经过该装置时，滚齿式筛分传送机构将从进浆口1进入筛分单元内的渣浆传送至出石口7的过程中对渣浆进行筛分，大于筛分孔径的渣石、黏土块经过滚齿式筛分传送机构的传送进入储石单元内暂存后便于统一运出，减少工人清理次数，降低工人作业强度；小于筛分孔径的石块、黏土块、泥沙被滚齿式筛分传送机构筛分后落入滚齿式筛分传送机构下方，依靠泥浆泵吸力经排浆口8排出。上述滚齿式筛分传送机构提高了渣石筛分效率，确保筛分充分，实现高效采石功能，并且该装置无盲区输送渣石，避免了渣石在该装置内堆积。

进一步地，筛分单元包括筛分箱，筛分箱包括上箱体2、中箱体12和下箱体20，上箱体2上设有进浆口1，上箱体2上远离进浆口1的一端设有出石口7，下箱体20上设有排浆口8。本实施例中，进浆口1设置在上箱体2的一端，出石口7设置在上箱体2上远离进浆口1的一端，排浆口8设置在下箱体20一端，滚齿式筛分传送机构位于进浆口1和排浆口8之间的中箱体12上，本实施例中，滚齿式筛分传送机构水平设置在中箱体12内侧，且滚齿式筛分传送机构的传送方向从中箱体12上靠近上箱体2的进浆口1的一端向靠近出石口7一端延伸，其他实施例中，滚齿式筛分传送机构可沿着传送方向稍微向下倾斜设置在中箱体12内，或者滚齿式筛分传送机构也可以阶梯式布置在中箱体12内；所述滚齿式筛分传送机构上设有用于筛分渣浆的筛分孔19，根据施工现场的情况，筛分孔19设为合适的大小，用于筛分渣浆中的石块和黏土块；所述出石口7与滚齿式筛分传送机构的出口端对应，出石口7位于上箱体2上靠近滚齿式筛分传送机构末端的一侧。滚齿式筛分传送机构传送泥浆的过程中，小于筛分孔19孔径的黏土块、石块、泥沙落入下箱体20内，经排浆口8排出，由于滚齿式筛分传送机构在不断运行工作过程中，不是处于静止状态，因此，其上的筛分孔19不易堵塞；大于筛分孔19孔径的石块、黏土块，经滚齿式筛分传送机构的连续传动作用通过出石口7进入储石单元。该采石装置结构简单，不易堵塞，而且故障率低，需停机清理的次数也相应减少。

进一步地，如图1所示，所述储石单元为储石箱3，储石箱3能够最大限度增加储石空间，避免频繁停机采石，所述储石箱3上设有采石通道15，所述采石通道15与出石口7连通，所述储石箱3的出口端设有采石闸门4，经筛分后的大粒径渣石，穿过采石通道储存在储石箱内，待储石箱存满后，打开储石箱上的采石闸门4，使渣石能够落入二级储石箱或传送带上，运出洞外。渣石排出后关闭采石闸门，继续下一轮采石。

进一步地，如图3所示，所述滚齿式筛分传送机构包括若干个传送轴组件和驱动组件，若干个传送轴组件均转动连接在筛分单元的中箱体12上，且传送轴组件平行设置，若干个传送轴组件形成连续的不间断的滚齿式筛分传送机构，相邻两个传送轴组件之间有间隙，该间隙形成筛分孔19，驱动组件的固定端固定在中箱体12外侧，驱动组件的输出端与传送轴组件连接用于驱动传送组件连续工作，将大于筛分孔19孔径的渣石和黏土块传送至出石口7，传送组件连续工作便于使小于筛分孔19孔径的泥沙、黏土块、石块落至下箱体20内，依靠泥浆泵吸力经排浆口8排出。滚齿式筛分传送机构最大限度提高了渣石筛分效率，确保筛分充分，实现高效采石功能。

进一步地，如图1和图2所示，所述传送轴组件均包括转轴6，转轴6均通过轴承座14转动连接在筛分单元的中箱体12侧壁上，通过转轴6的转动带动传送轴组件整体转动，起到传送大于筛分孔19孔径渣石和黏土块的作用，并且使小于筛分孔19孔径的黏土块、石块、泥沙从传送轴组件间隙掉落，最大限度提高了渣石筛分效率；同时，转轴6上均设有若干滚齿13，若干滚齿13平行且间隔固定在转轴6上，各个转轴6上滚齿13同步转动，通过滚齿13起到搅拌渣石和黏土块的作用，更有利于筛分渣石；相邻两个转轴6上对应位置的滚齿13在转动过程中相配合，使得相邻传送轴组件配合紧密，并且滚齿13还起到传送石块的作用，确保大直径石块传递顺畅，本实施例中，相邻两个转轴6上对应位置滚齿13在转动过程中间隙配合。

进一步地，如图3所示，所述转轴6上还套设有若干套筒5，且套筒5位于同一转轴6上相邻两个滚齿13之间，并且，在转轴6上位于滚齿13与筛分箱2之间间隙的位置也套设有套筒5，套筒5起到保护转轴6的作用，还不阻碍滚齿13对渣石的搅拌作用，相邻转轴6上对应位置的套筒5之间有间隙，该间隙即筛分孔12，利于筛分渣石，通过改变套筒5的长度和厚度便于改变筛分孔12的大小。

进一步地，如图3所示，所述转轴6包括奇数轴17和偶数轴18，奇数轴17和偶数轴18上的滚齿13在转动过程中始终相配合，便于对石块的顺畅传递。

进一步地，如图1所示，所述滚齿13均为多弧边滚齿，该滚齿的边均为弧形边，且相邻边圆滑过渡，以使奇数轴17上的滚齿13与偶数轴18上对应位置的滚齿13转动过程中能够始终相配合，每个滚齿可以是单个整体成型的滚齿，也可以是多个形状相同的滚齿单片同轴紧贴固定而成，且保证相邻转轴上的滚齿在转动过程中能够始终相配合；本实施例中，多弧边滚齿为三角形弧边滚齿，该三角形弧边滚齿经过120°行程时，其中30~90°为储石周期，其余行程为抛石周期，更有利于渣石的连续高效传递。

进一步地，如图3所示，所述驱动组件包括驱动单元16，所述转轴6的轴端与驱动单元16连接，驱动单元为电机或液压马达。本实施例中，驱动单元16为液压马达，设置在中箱体12外侧，所述转轴6的其中一个与驱动单元16连接，转轴6之间经链条与链轮相连接，保证传送轴组件同步传动、连续传递渣石。其他实施例中，驱动组件可以是驱动单元通过齿轮传动与转轴连接，或者是通过带传动与转轴连接，齿轮传动或带传动均为现有技术中的方式。

进一步地，如图1和图2所示，所述筛分箱内设有溜渣斗9，具体地，在下箱体20内倾斜固定有溜渣板10，该溜渣板10上端固定在滚齿式筛分传送机构末端下方的下箱体20后端内壁上，溜渣板10下端向排浆口8倾斜固定，溜渣板10两侧还设有两块侧溜渣板11，该两块侧溜渣板11上端固定在滚齿式筛分传送机构两侧下方的下箱体20侧壁上，两块侧溜渣板11下端也向排浆口8倾斜固定，溜渣板10与两块侧溜渣板11以及下箱体20前端内壁形成溜渣斗9，使得溜渣斗9的上端开口位于所述滚齿式筛分传送机构的下方，溜渣斗9的下端出口通向排浆口8，便于将筛分出来的石块、黏土块和泥沙汇集后从排浆口8排出。

一种盾构机采石装置的工作方法，包括如下步骤：

开启滚齿式筛分传送机构进行工作，若干个传送轴组件连续不断的转动，

进行同步传送，S1、渣石泥浆通过进浆口进入上箱体2内，渣石泥浆落到滚齿式筛分传送机构上待筛分和传送；S2、在步骤S1进行的同时，滚齿式筛分传送机构的驱动单元16驱动转轴6转动进行同步传送，渣石泥浆被滚齿式筛分传送机构的传送轴组件筛分和向前传递，同时渣石泥浆被转动的套筒5和套筒5间的筛分孔12进行筛分，小于筛分孔12孔径的石块、黏土块和泥浆落至下箱体20内，大于筛分孔12孔径的石块、黏土块被传送至滚齿式筛分传送机构的末端；S3、步骤S2中落至下箱体20内的石块、黏土块和泥浆从排浆口8排出；S4、在步骤S3进行的同时，步骤S2中传送至滚齿式筛分传送机构的末端的石块、黏土块从出石口7通过采石通道15进入储石单元内暂存；S5、步骤S4所述的储石单元存满后，打开储石单元即储石箱3上的采石闸门4，储石单元内的石块、黏土块落入运输装置上运出洞外，运输装置通常为二级储石箱或传送带；S6、关闭采石闸门，重复步骤S1~S5进行下一工作循环的采石工作。

实施例2，其与实施例１的区别在于，所述排浆口设置在下箱体底部，下箱体整体为漏斗形。

实施例3，其与实施例１的区别在于，省略套筒5，相邻转轴6之间以及每根转轴6上相邻滚齿之间的间隙形成筛分孔。

实施例4，其与实施例1的区别在于，滚齿13均为椭圆形滚齿，相邻转轴6上对应位置的滚齿13转动过程中能够始终间隙配合。

实施例5，其与实施例1的区别在于，滚齿13均为四边形弧边滚齿，该四边形弧边滚齿的边均为弧形边，且四边形弧边滚齿的相邻边圆滑过渡连接，以使相邻转轴6上对应位置的滚齿13转动过程中能够始终间隙配合。

实施例6，其与实施例1的区别在于，滚齿13均为五边形弧边滚齿，该五边形弧边滚齿的边均为弧形边，且五边形弧边滚齿的相邻边圆滑过渡连接，以使相邻转轴6上对应位置的滚齿13转动过程中能够始终间隙配合。

实施例7，其与实施例1的区别在于，所述上箱体2和中箱体12为一体化结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种盾构机采石装置，包括筛分单元，其特征在于，还包括储石单元，所述储石单元与筛分单元连接；所述筛分单元上设有具有筛分功能的滚齿式筛分传送机构。

2.根据权利要求1所述的盾构机采石装置，其特征在于，所述筛分单元包括筛分箱，筛分箱上部设有进浆口（1）、下部设有排浆口（8），所述滚齿式筛分传送机构位于进浆口（1）和排浆口（8）之间的筛分箱上，所述滚齿式筛分传送机构上设有用于筛分渣石的筛分孔（19）；所述筛分箱上远离进浆口（1）的一端设有出石口（7），所述出石口（7）与滚齿式筛分传送机构的出口端对应。

3.根据权利要求2所述的盾构机采石装置，其特征在于，所述储石单元为储石箱（3），所述储石箱（3）上设有与出石口（7）连通的采石通道（15），储石箱（3）的出口端设有采石闸门（4）。

4.根据权利要求2或3所述的盾构机采石装置，其特征在于，所述滚齿式筛分传送机构包括若干个平行设置的传送轴组件和驱动传送轴组件转动的驱动组件，传送轴组件均转动连接在筛分箱上，驱动组件连接在筛分箱外侧，相邻两个传送轴组件之间形成筛分孔（19）；所述传送轴组件均包括转轴（6），转轴（6）均转动连接在筛分箱上，转轴（6）上均设有若干滚齿（13），滚齿（13）平行且间隔固定在转轴（6）上；相邻两个转轴（6）上的滚齿（13）相配合。

5.根据权利要求4所述的盾构机采石装置，其特征在于，所述转轴（6）上还套设有若干套筒（5），且套筒（5）位于同一转轴（6）上相邻两个滚齿（13）之间。

6.根据权利要求4所述的盾构机采石装置，其特征在于，所述滚齿（13）为三角形滚齿或四边形滚齿或五边形滚齿或椭圆形滚齿，三角形滚齿或四边形滚齿或五边形滚齿的边均为弧形边，且相邻弧形边圆滑过渡。

7.一种如权利要求6所述的盾构机采石装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、渣浆通过进浆口（1）进入筛分箱内，落到滚齿式筛分传送机构上；

S2、在步骤S1进行的同时，滚齿式筛分传送机构的驱动组件驱动传送轴组件连续不断的同步运行，渣浆被滚齿式筛分传送机构不断的筛分和向前传递，小于筛分孔（12）孔径的石块、黏土块和泥沙落至筛分箱下部，大于筛分孔（12）孔径的石块、黏土块经滚齿式筛分传送机构输送到出石口；

S3、步骤S2中落至筛分箱下部的石块、黏土块和泥沙从排浆口（8）排出；

S4、在步骤S3进行的同时，步骤S2中传送至出石口（7）的石块、黏土块进入储石单元内暂存；

S5、步骤S4所述的储石单元存满后，打开储石单元上的采石闸门（4），储石单元内的石块、黏土块落入运输装置上运出洞外；

S6、关闭采石闸门（4），重复步骤S1~S5进行下一工作循环。

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