一种可测量渣土含水率的盾构机及含水率测量方法

摘要

本发明公开了一种可测量渣土含水率的盾构机及含水率测量方法，该盾构机包括主机和后配套，主机包括依次设置的刀盘、土仓和刀盘驱动，所述土仓内设有含水率测量装置，含水率测量装置与后台控制系统相连接；所述含水率测量装置包括加压装置，加压装置的侧壁上设有进渣机构和出水机构，出水机构和进渣机构均与加压装置相连通，加压装置上还设有数据采集装置。本发明采用含水率测量装置安装在土仓或泥水仓中，通过进渣机构向加压装置中进渣，然后通过加压装置挤压渣土，实现水、土分离，然后利用最简单的体积比，得到该渣土的含水率。

权利要求

1.一种可测量渣土含水率的盾构机，包括主机和后配套，主机包括依次设置的刀盘(100)、土仓(200)和刀盘驱动(300)，其特征在于：所述土仓(200)内设有含水率测量装置(400)，含水率测量装置(400)与后台控制系统相连接；所述含水率测量装置(400)包括加压装置(2)，加压装置(2)的侧壁上设有进渣机构(1)和出水机构(3)，出水机构(3)和进渣机构(1)均与加压装置(2)相连通，加压装置(2)上还设有数据采集装置(4)；所述加压装置(2)包括加压仓体(210)，加压仓体(210)内设有过滤组件(204)，过滤组件(204)将加压仓体(210)分为液体仓(205)和渣土仓(211)，渣土仓(211)内设有第二推板(208)；所述进渣机构(1)包括进料仓(102)，进料仓(102)与加压装置(2)的加压仓体(210)密封连接，进料仓(102)内设有第一推板(103)。

2.根据权利要求1所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述出水机构(3)和数据采集装置(4)连接在液体仓(205)上；第二推板(208)与渣土仓(211)相配合，第二推板(208)与设置在渣土仓(211)侧壁上的推送机构(202)相连接，推送机构(202)推动第二推板(208)在渣土仓(211)内前后移动。

3.根据权利要求2所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述加压仓体(210)设有推送机构(202)的侧壁上设有用于监测第二推板(208)移动距离的第二位移传感器(203)，加压仓体(210)上与推送机构(202)相对的侧壁上设有第三闸门(207)。

4.根据权利要求3所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述推送机构(202)为第二加压油缸，第二加压油缸固定在加压仓体(210)的侧壁上，第二加压油缸的伸缩端与第二推板(208)相连接；所述加压仓体(210)的侧壁上设有用于与进渣机构(1)相对应的第二闸门(201)。

5.根据权利要求3～4任一项所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述进料仓(102)通过第二闸门(201)与加压仓体(210)相连通，第一推板(103)与进料仓(102)相配合，第一推板(103)与设置在进料仓(102)侧壁上的驱动机构(101)相连接，驱动机构(101)推动第一推板(103)在进料仓(102)内移动，进料仓(102)上设有用于进渣土的第一闸门(104)。

6.根据权利要求5所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述进料仓(102)设有驱动机构(101)的侧壁上设有用于监测第一推板(103)运动距离的第一位移传感器(106)。

7.根据权利要求6所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述驱动机构(101)为第一推动油缸，第一推动油缸的伸缩端与第一推板(103)相连接。

8.根据权利要求7所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述第一位移传感器(106)和第二位移传感器(203)均与数据采集装置(4)相连接。

9.根据权利要求8所述的可测量渣土含水率的盾构机，其特征在于：所述出水机构(3)包括设置在加压装置(2)上的密封出水口(301)，密封出水口(301)上可拆卸设有出水管。

10.一种如权利要求1或9所述的可测量渣土含水率的盾构机的含水率测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：第一推板(103)的面积与进料仓(102)仓室横截面的面积相同设为S1，进料仓(102)仓室的总长为L1；第二推板(208)的面积与渣土仓(211)仓室横截面的面积相同设为S2，渣土仓(211)仓室的总长为L；调节加压装置(2)、进渣机构(1)和出水机构(3)至工作状态；

S2：启动进渣机构(1)，第一闸门(104)打开，第二闸门(201)和第三闸门(207)关闭，同时驱动机构带动第一推板(103)向后抽拉，将土仓或泥水仓中的渣土抽至进料仓(102)中；

S3：第一位移传感器测得第一推板(103)的位置距离为L1′，则进入进料仓中的渣土量Q1＝S1×(L1‑L1')；

S4：第一闸门(104)关闭，第二闸门(201)打开，第三闸门(207)关闭，驱动机构推动第一推板(103)向前运动，将进料仓(102)中的渣土推送至加压装置(2)的渣土仓(211)内；

S5：第一闸门(104)、第二闸门(201)和第三闸门(207)关闭，推送机构(202)带动第二推板(208)将渣土缓慢推至靠近第三闸门(207)端；

S6：第二位移传感器测得第二推板(208)的位置距离为L2，然后加压继续推动第二推板(208)向前移动，渣土受力挤压，挤压出的液体经过滤组件流进液体仓(205)内，挤压后的渣土仍存在渣土仓(211)内，此时第二位移传感器测得第二推板(208)的位置距离为L2′；

得到挤压出的液体量Q2＝S2×(L2'‑L2)，则含水率

S7：第一闸门(104)和第二闸门(201)关闭，第三闸门(207)打开，推送机构(202)继续推进第二推板(208)，通过第二推板(208)将挤压后的渣土经第三闸门(207)推出至土仓或泥水仓内；同时出水机构(3)打开，将液体仓中的液体排出至土仓或泥水仓中。

说明书

一种可测量渣土含水率的盾构机及含水率测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种可测量渣土含水率的盾构机及含水率测量方法。

背景技术

[0002] 随着公共交通工具地铁的兴起和发展，盾构法施工由于其安全、快速、复杂地层适应性强以及地表沉降小等优势，成为目前城市地铁最主要的施工方法。盾构机可分为泥水
平衡盾构机和土压平衡盾构机两大类。土压平衡盾构机是把土仓内的渣土作为稳定开挖面
的介质，刀盘与刀盘后隔板间形成土仓，刀盘旋转、开挖下的渣土进入土仓，再由刀盘后隔
板上的螺旋输送机将渣土旋转输出。泥水平衡盾构机是在机械式盾构的刀盘的后侧，设置
一道前封闭隔板，前封闭隔板与刀盘间的空间为泥水仓，水、膨润土及其添加剂混合制成的
泥浆，经泵送管道压入泥水仓，在盾构的前封闭隔板后侧内插装另一道后封闭隔板，前封闭
隔板与后封闭隔板之间的空间为气垫仓，通过调节空气压力和气垫仓内液位，对泥水仓进
行建压，保障开挖面上相应的泥浆支护压力。它们顺利掘进的关键都是保证渣土/泥水渣顺
利排出，为此需要对仓内渣土添加诸如泡沫、膨润土等之类的改良剂使盾构渣土保持为一
种“塑性流动”状态。故掘进过程中对渣土含水率的监测就变得十分重要，一旦实时监测渣
土含水率的变化就可以随时对改良参数进行动态调整，使参数设置更加合理。为此发明一
种新型渣土含水率测量装置很有必要。

[0003] 而现有盾构机掘进过程中渣土的含水率是通过采样别通过单独的设备进行测量，与盾构机融合性差，且不能实时监测渣土情况，影响掘进效率。

发明内容

[0004] 针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种可测量渣土含水率的盾构机及含水率测量方法，用于解决上述问题。

[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：一种可测量渣土含水率的盾构机，包括主机和后配套，主机包括依次设置的刀盘、土仓和刀盘驱动，所述土仓内设有含水率测量装置，含
水率测量装置与后台控制系统相连接；所述含水率测量装置包括加压装置，加压装置的侧
壁上设有进渣机构和出水机构，出水机构和进渣机构均与加压装置相连通，加压装置上还
设有数据采集装置。

[0006] 所述加压装置包括加压仓体，加压仓体内设有过滤组件，过滤组件将加压仓体分为液体仓和渣土仓，出水机构和数据采集装置连接在液体仓上；渣土仓内设有第二推板，第
二推板与渣土仓相配合，第二推板与设置在渣土仓侧壁上的推送机构相连接，推送机构推
动第二推板在渣土仓内前后移动。

[0007] 所述加压仓体设有推送机构的侧壁上设有用于监测第二推板移动距离的第二位移传感器，加压仓体上与推送机构相对的侧壁上设有第三闸门。

[0008] 所述推送机构为第二加压油缸，第二加压油缸固定在加压仓体的侧壁上，第二加压油缸的伸缩端与第二推板相连接；所述加压仓体的侧壁上设有用于与进渣机构相对应的
第二闸门。

[0009] 所述进渣机构包括进料仓，进料仓与加压装置的加压仓体密封连接，且进料仓通过第二闸门与加压仓体相连通，进料仓内设有第一推板，第一推板与进料仓相配合，第一推
板与设置在进料仓侧壁上的驱动机构相连接，驱动机构推动第一推板在进料仓内移动，进
料仓上设有用于进渣土的第一闸门。

[0010] 所述进料仓设有驱动机构的侧壁上设有用于监测第一推板运动距离的第一位移传感器。

[0011] 所述驱动机构为第一推动油缸，第一推动油缸的伸缩端与第一推板相连接。

[0012] 所述第一位移传感器和第二位移传感器均与数据采集装置相连接。

[0013] 所述出水机构包括设置在加压装置上的密封出水口，密封出水口上可拆卸设有出水管。

[0014] 一种可测量渣土含水率的盾构机的含水率测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

[0015] S1：第一推板的面积与进料仓仓室横截面的面积相同设为S1，进料仓仓室的总长为L1；第二推板的面积与渣土仓仓室横截面的面积相同设为S2，渣土仓仓室的总长为L；调
节加压装置、进渣机构和出水机构至工作状态；

[0016] S2：启动进渣机构，第一闸门打开，第二闸门和第三闸门关闭，同时驱动机构带动第一推板向后抽拉，将土仓或泥水仓中的渣土抽至进料仓中；

[0017] S3：第一位移传感器测得第一推板的位置距离为L1′，则进入进料仓中的渣土量Q1＝S1×(L1‑L1')；

[0018] S4：第一闸门关闭，第二闸门打开，第三闸门关闭，驱动机构推动第一推板向前运动，将进料仓中的渣土推送至加压装置的渣土仓内；

[0019] S5：第一闸门、第二闸门和第三闸门关闭，推送机构带动第二推板将渣土缓慢推至靠近第三闸门端；

[0020] S6：第二位移传感器测得第二推板的位置距离为L2，然后加压继续推动第二推板向前移动，渣土受力挤压，挤压出的液体经过滤组件流进液体仓内，挤压后的渣土仍存在渣
土仓内，此时第二位移传感器测得第二推板的位置距离为L2′；

[0021] 得到挤压出的液体量Q2＝S2×(L2'‑L2)，

[0022] 则含水率

[0023] S7：第一闸门和第二闸门关闭，第三闸门打开，推送机构继续推进第二推板，通过第二推板将挤压后的渣土经第三闸门推出至土仓或泥水仓内；同时出水机构打开，将液体
仓中的液体排出至土仓或泥水仓中。

[0024] 本发明采用含水率测量装置安装在土仓或泥水仓中，通过进渣机构向加压装置中进渣，然后通过加压装置挤压渣土，实现水、土分离，然后利用最简单的体积比，得到该渣土
的含水率。本发明设置在盾构机土仓或泥水仓中，与现有盾构设备融合性好，且可实时监测
掘进过程中渣土的含水情况，便于随时调整渣土改良参数，提高盾构机施工效率和施工安
全系数。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例，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。

[0026] 图1为本发明整体结构示意图。

[0027] 图2为本发明含水率测量装置结构示意图。

[0028] 图3为本发明进渣机构结构示意。

[0029] 图4为本发明加压装置结构示意图。

[0030] 图5为含水率测量装置进渣状态示意图。

[0031] 图6为含水率测量装置推渣状态示意图。

[0032] 图7为含水率测量装置压渣状态示意图。

[0033] 图8为含水率测量装置排渣状态示意图。

具体实施方式

[0034] 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。

[0035] 如图1和2所示，实施例1，一种可测量渣土含水率的盾构机，一种可测量渣土含水率的盾构机，包括主机和后配套，主机包括依次设置的刀盘100、土仓200和刀盘驱动300，其
设置和连接方式与现有盾构机相同。所述土仓200内设有含水率测量装置400，含水率测量
装置400与后台控制系统相连接；含水率测量装置400可设置在现有盾构机的土仓或泥水仓
中，与现有盾构机融合性好。所述含水率测量装置400包括加压装置2，对渣土进行挤压加压
使水、土分离。加压装置2的侧壁上设有进渣机构1和出水机构3，出水机构3和进渣机构1均
与加压装置2相连通，土仓或泥水仓内的渣土经进渣机构进入加压装置，在加压装置内进行
挤压，实现水、土分离，挤压出的液经出水机构排出，加压装置2上还设有数据采集装置4，数
据采集装置对加压装置的挤压过程进行数据采集，并将采集的数据传递给后台控制系统，
对数据进行处理分析，得到相应的含水率，实现对土仓或泥水仓内的渣土进行实时监测，确
保盾构机安全高效施工。

[0036] 优选地，如图4所示，所述加压装置2包括加压仓体210，加压仓体210内设有过滤组件204，过滤组件204可采用圆孔过滤板，只允许液体通过。过滤组件204将加压仓体210分为
液体仓205和渣土仓211，液体仓205位于渣土仓211的下方，便于液体流进液体仓中。出水机
构3和数据采集装置4连接在液体仓205上，数据采集装置4也可设置在渣土仓的舱壁上。渣
土仓211内设有第二推板208，第二推板与渣土仓相配合，其横截面积与渣土仓的横截面积
相接近，可设第二推板的面积为S1。第二推板208与设置在渣土仓211侧壁上的推送机构202
相连接，推送机构202推动第二推板208在渣土仓211内前后移动，在推送机构的作用下第二
推板对渣土仓内的渣土进行挤压，产生的水流进液体仓内，渣土留在渣土仓内，通过渣土仓
渣土体积的改变，计算水量进而得到含水率。

[0037] 优选地，所述加压仓体210设有推送机构202的侧壁上设有用于监测第二推板208移动距离的第二位移传感器203，在土体面积不变的情况下，第二推板挤压渣土仓内的渣
土，通过第二位移传感器检测第二推板的移动距离，得到渣土体高度的变化量，进而得到渣
土量的改变量，然后渣土改变量除以原渣土量，等到该渣土的含水率。加压仓体210上与推
送机构202相对的侧壁上设有第三闸门207，第三闸门通过油缸实现对加压仓体的密封与
否，挤压过程中第三闸门保持紧闭，挤压测量完成后，第三闸门打开，将渣土推出加压仓体。
所述推送机构202为第二加压油缸，第二加压油缸固定在加压仓体210的侧壁上，第二加压
油缸的伸缩端与第二推板208相连接；第二加压油缸沿加压仓体的轴向设置，推动第二推板
在渣土仓中的移动，实现对渣土的加压。所述加压仓体210的侧壁上设有用于与进渣机构1
相对应的第二闸门201，第二闸门通过设置在舱壁上的第二驱动油缸209实现其开关，需要
进料(渣土)时，第二闸门打开，渣土经进渣机构进入渣土仓，对渣土仓内的渣土进行加压
时，第二闸门关闭。

[0038] 实施例2，如图3所示，一种可测量渣土含水率的盾构机，所述进渣机构1包括进料仓102，进料仓102与加压装置2的加压仓体210密封连接，且进料仓102通过第二闸门201与
加压仓体210相连通，即进料仓中的渣土经第二闸门进入渣土仓。进料仓102内设有第一推
板103，第一推板103的面积与进料仓横截面积相类似，可以设其面积大小为S2。第一推板
103与设置在进料仓102侧壁上的驱动机构101相连接，驱动机构101推动第一推板103在进
料仓102内移动，当渣土仓需要进渣时，第二闸门打开，驱动机构伸出，将渣土推送到渣土仓
中即可，完成料后，关闭第二闸门，驱动机构复位。进料仓102上设有用于进渣土的第一闸门
104，土仓或泥水仓中的渣土经第一闸门进入进料仓，第一闸门的一侧设有闸门驱动件105，
通过闸门驱动件实现第一闸门的开启与否，便于控制，实现第一闸门的自动化开合。

[0039] 优选地，所述进料仓102设有驱动机构101的侧壁上设有用于监测第一推板103运动距离的第一位移传感器106，第一位移传感器106测量第一推板的移动量，在进料仓横截
面积不变的情况下，第一推板的移动量乘以其面积S2，得到推入渣土仓中的渣土量，即为原
始渣土量。所述驱动机构101为第一推动油缸，第一推动油缸的伸缩端与第一推板103相连
接。第一推动油缸沿进料仓的轴向设置，推动第一推板在进料仓中的移动，用于向渣土仓中
添加渣土。所述第一位移传感器106和第二位移传感器203均与数据采集装置4相连接，数据
采集装置可采用现有的数据采集器，用于对第一位移传感器106和第二位移传感器203的信
号采集，数据采集器通过通信模块与后台控制系统相连接，采集后的信号经后台控制系统
处理，得到并显示该渣土的含水率。所述出水机构3包括设置在加压装置2上的密封出水口
301，密封出水口301上可拆卸设有出水管，水管的设置便于挤压出液体的流出。

[0040] 其他结构与实施例1相同

[0041] 一种可测量渣土含水率的盾构机的含水率测量方法，包括如下步骤：

[0042] S1：第一推板103的面积与进料仓102仓室横截面的面积相同设为S1，进料仓102仓室的总长为L1；第二推板208的面积与渣土仓211仓室横截面的面积相同设为S2，渣土仓211
仓室的总长为L；调节加压装置2、进渣机构1和出水机构3至工作状态；

[0043] S2：启动进渣机构1，第一闸门104打开，第二闸门201和第三闸门207关闭，同时驱动机构带动第一推板103向后抽拉，将土仓或泥水仓中的渣土抽至进料仓102中，即进渣状
态，如图5所示；

[0044] S3：第一位移传感器测得第一推板103的位置距离为L1′，则进入进料仓中的渣土量Q1＝S1×(L1‑L1')；

[0045] S4：第一闸门104关闭，第二闸门201打开，第三闸门207关闭，驱动机构推动第一推板103向前运动，将进料仓102中的渣土推送至加压装置2的渣土仓211内，即推渣状态，如图
6所示；

[0046] S5：第一闸门104、第二闸门201和第三闸门207关闭，推送机构202带动第二推板208将渣土缓慢推至靠近第三闸门207端；

[0047] S6：第二位移传感器测得第二推板208的位置距离为L2，然后加压继续推动第二推板208向前移动，渣土受力挤压，即压渣状态，如图7所示；挤压出的液体经过滤组件流进液
体仓205内，挤压后的渣土仍存在渣土仓211内，此时第二位移传感器测得第二推板208的位
置距离为L2′；

[0048] 得到挤压出的液体量Q2＝S2×(L2'‑L2)，

[0049] 则含水率

[0050] S7：第一闸门104和第二闸门201关闭，第三闸门207打开，推送机构202继续推进第二推板208，通过第二推板208将挤压后的渣土经第三闸门207推出至土仓或泥水仓内；同时
出水机构3打开，将液体仓中的液体排出至土仓或泥水仓中，即排渣状态，如图8所示。

[0051] 其他结构与实施例2相同。

[0052] 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。