[發(fā)明專利]瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置及施工方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010360741.6
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111608668A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國義;蔣宗全;王成;孟慶明;母澤友;劉秀爭;房師濤;張雯;何萍萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司;中電建成都建設(shè)投資有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/12;E21F7/00;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 成都拓荒者知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51254
• 代理人: 鄒廣春

本發(fā)明公開了瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置及施工方法，具體包括刀盤、土艙、前盾、中盾、盾尾、輸送機(jī)構(gòu)以及瓦斯防爆裝置；盾尾設(shè)置盾尾密封，在中盾、盾尾的殼體鉸接處采用鉸接密封；管片接縫處設(shè)置密封裝置；輸送機(jī)構(gòu)包括螺旋輸送機(jī)和皮帶，螺旋輸送機(jī)用于輸送土艙中的渣土，渣土落入皮帶上；瓦斯防爆裝置的主體設(shè)置在盾構(gòu)主機(jī)后部和臺車區(qū)域。本發(fā)明提供一種瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置及施工方法。將盾構(gòu)施工中主要瓦斯溢出點(diǎn)釋放的高濃度瓦斯氣體稀釋到安全濃度范圍內(nèi)經(jīng)防爆風(fēng)機(jī)抽排至盾構(gòu)臺車后部的全防爆設(shè)備區(qū)，降低了盾構(gòu)主機(jī)和臺車內(nèi)瓦斯爆炸的風(fēng)險。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及瓦斯隧道施工領(lǐng)域，特別涉及瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置及施工方法。

背景技術(shù)

土壓平衡盾構(gòu)由于工作井占地面積小、施工進(jìn)度快、設(shè)備成本低、安全性高等多種優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于隧道施工，并有全部取代傳統(tǒng)暗挖法隧道施工的趨勢。部分隧道由于多種原因存在瓦斯氣體，瓦斯爆炸威力極大。瓦斯爆炸必須同時具備三個基本條件：一是瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)，一般為5％～16％；二是混合氣體中氧的濃度不低于12％；三是有足夠能量的高溫火源，一般為650℃～750℃。瓦斯防爆目標(biāo)基本是控制條件一和條件三。

由于盾構(gòu)主機(jī)和臺車內(nèi)電器設(shè)備太多、很難設(shè)計(jì)成全防爆狀態(tài)，管理與技術(shù)人員都擔(dān)心當(dāng)瓦斯在盾體和臺車內(nèi)濃度較高、接觸器打火時導(dǎo)致瓦斯爆炸，因此在高瓦斯地層和瓦斯突出地層中施工工法現(xiàn)今還普遍采用暗挖法施工。

土壓平衡盾構(gòu)在施工過程中瓦斯氣體進(jìn)入隧道的位置有：螺旋輸送機(jī)出渣口、鉸接密封、盾尾密封、管片接縫。鉸接密封、盾尾密封、管片接縫由于都采用了密封裝置，密封裝置未損壞的前提下，瓦斯氣體滲入量基本可以忽略不計(jì)。因此，土壓平衡盾構(gòu)在施工過程中瓦斯氣體進(jìn)入隧道的主要位置是螺旋輸送機(jī)出渣口。

渣土包裹著瓦斯氣體，經(jīng)螺旋輸送機(jī)出渣口落入皮帶，渣土平鋪在皮帶上。大部分瓦斯氣體馬上釋放到附近(螺旋輸送機(jī)出渣口)空氣中，渣土和包裹在渣土中的極少部分瓦斯氣體擴(kuò)散至臺車內(nèi)或經(jīng)皮帶輸送至盾構(gòu)機(jī)臺車后部的渣車內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)及臺車內(nèi)存在大量的無防爆功能的電氣設(shè)備，如果釋放到空氣中的瓦斯氣體濃度達(dá)到5％～16％，很容易造成瓦斯爆炸。在低瓦斯隧道中如果螺旋輸送機(jī)出渣口附近釋放出的瓦斯氣體濃度達(dá)到瓦斯爆炸濃度，也可能造成瓦斯爆炸。無論是低瓦斯、高瓦斯還是瓦斯突出隧道采用土壓平衡盾構(gòu)施工的前提條件是必須找到一有效方法，確保無防爆能力的盾構(gòu)主機(jī)和臺車內(nèi)瓦斯?jié)舛葘?shí)時控制在0.5％(瓦斯防爆安全系數(shù)為10)以下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置及施工方法，用于避免盾構(gòu)施工中主要瓦斯溢出點(diǎn)(螺旋輸送機(jī)出渣口)釋放的高濃度瓦斯氣體擴(kuò)散到盾構(gòu)主機(jī)和臺車內(nèi)，降低盾構(gòu)主機(jī)和臺車內(nèi)瓦斯爆炸的風(fēng)險。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

瓦斯隧道土壓平衡盾構(gòu)施工防爆裝置，包括刀盤、土艙、前盾、中盾、盾尾、輸送機(jī)構(gòu)以及瓦斯防爆裝置；

刀盤設(shè)置在土艙的前方，土艙設(shè)置在前盾內(nèi)，刀盤上的刀具將前方掌子面的渣土切削下來，渣土進(jìn)入土艙；

中盾在前盾和盾尾之間，中盾和盾尾內(nèi)設(shè)置推進(jìn)油缸和/或管片拼裝機(jī)；盾尾設(shè)置盾尾密封，在中盾、盾尾的殼體鉸接處采用鉸接密封；管片接縫處設(shè)置密封裝置；

輸送機(jī)構(gòu)包括螺旋輸送機(jī)和皮帶，螺旋輸送機(jī)用于輸送土艙中的渣土，螺旋輸送機(jī)的螺旋軸旋轉(zhuǎn)，將土艙中的渣土輸送至已打開螺旋輸送機(jī)后閘門的螺旋輸送機(jī)出渣口，渣土落入皮帶上，皮帶將渣土運(yùn)輸至臺車內(nèi)的渣車?yán)铮?/p>

瓦斯防爆裝置的主體設(shè)置在盾構(gòu)主機(jī)后部和臺車區(qū)域；在盾構(gòu)施工過程中，通過瓦斯防爆裝置的使用，確保盾構(gòu)主機(jī)區(qū)域和盾構(gòu)臺車區(qū)域范圍內(nèi)瓦斯氣體濃度在安全范圍內(nèi)。