泥水盾构设备换管防护装置及泥水盾构设备

技术领域

本实用新型涉及隧道中的通风安全装置，特别是涉及到了一种泥水盾构设备换管位置处的防护装置。

背景技术

隧道施工中，有时会经过地层中含瓦斯、石棉等有害物质的区段，当经过这些区段时，地层中的有害物质会从开挖面及渣浆输送系统处扩散，进而弥散在隧道已经开挖的区段中，如果不能对这些会扩散的有害物质进行科学的处置，则很可能会带来人员伤亡等重大事故。

申请公布号为CN113047856A，公布日为2021年6月29日的实用新型专利申请公开了一种用于富含有害气体地层的土压盾构机及隧道施工方法。该专利申请中的盾构机包括刀盘、盾体、主驱动、拼装机、螺旋输送机和后配套组件，其中后配套组件包括后配套拖车、皮带机、皮带机压力隔绝仓以及抽吸组件。螺旋输送机进口与盾体内的开挖仓连接，出口位于皮带机上方，用于将开挖仓内的渣土输送至皮带机，皮带机进而将从螺旋输送机接收的渣土向后输送至运输车等渣土运输装置。皮带机压力隔绝仓的前端与螺旋输送机的出渣口密封连通，后端延伸至皮带机处，抽吸组件与皮带机压力隔绝仓连通，能够抽取皮带机压力隔绝仓内的气体。在盾构施工过程中，螺旋输送机将开挖仓内的渣土输送至皮带机压力隔绝仓，而后经皮带机压力隔绝仓转移至皮带机，进而向后输送。渣土在螺旋输送机的出渣口处散开，从而可使有害气体、粉尘等析出，抽吸组件与皮带机压力隔绝仓配合，可将析出的有害气体、粉尘等集中进行处理，防止其扩散引发事故。

上述用于富含有害气体地层的土压盾构机能够较好的解决土压平衡工法施工中有害气体扩散的问题。然而，当受到地质条件等限制，需要采用泥水平衡盾构机进行泥水平衡工法施工时，由于泥水平衡盾构机的渣土排出系统为封闭的管路，渣土输送过程中无法形成气息析出点，上述皮带机压力隔绝仓与抽吸组件组合处理有害气体的方式无法使用。

关于泥水平衡盾构机施工过程中的有害气体处理问题，申请公布号为CN109469489A，公布日为2019年3月15日的实用新型专利申请公开了一种大直径泥水盾构机开挖仓有害气体处理方法及其装置。该装置包括刀盘、盾体以及与盾体内的开挖仓连接的泥水管路，从刀盘后侧的开挖仓顶部引出有排气管路，排气管路的一端一直延伸至隧道外部的抽排管道，另外从开挖仓后侧的气垫仓顶部引出有进气管路，进气管路的另一端连接盾构机空压机系统。工作时，通过空压机系统给盾构机气垫仓增压，从而将开挖仓内的有害气体通过排气管路排出，以此从而可在渣浆送出之前对又该气体、粉尘等排出处理。

然而，由于开挖仓内的空间有限，而且渣浆在开挖仓内的停留时间较短，有时会出现有害气体、粉尘等在开挖仓内无法完全析出的情况，此种情况下，有害气体、粉尘等物质随泥浆进入到泥水管路中，伴随着盾构机的掘进，当需要对管道进行延长，接续管道时，上述有害物质将会从换管位置处扩散，进而带来安全隐患。例如在含有石棉的地层施工的过程中，泥水管路换管时，含天然石棉的泥浆会在盾构机的管路延伸区域(换管区域)泄漏，石棉为天然致癌物，石棉粉尘对作业人员会造成永久性损害。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种泥水盾构设备换管防护装置，以解决现有泥水盾构设备在经过有害气体、粉尘等地层时，泥浆中夹杂的有害物会在泥浆管换管区域扩散而导致安全隐患的问题。同时，本实用新型的目的还在于提供使用了上述泥水盾构设备换管防护装置的泥水盾构设备。

为了解决上述问题，本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置采用以下技术方案：泥水盾构设备换管防护装置，该换管防护装置包括防护罩，所述防护罩包括罩体，所述罩体包括顶壁、底壁以及连接顶壁与底壁的前壁、后壁和侧壁，所述后壁上设有供泥水管路及泥水管路上的阀门通过的开口，前壁和后壁中的至少一个上还设有人员进出口；所述罩体配置有负压抽风装置，以用于在所述罩体内创造负压环境，所述开口处设有防护门，所述防护门上设有与泥水管路对应的过孔，所述防护门打开时可供泥水管路的阀门通过，所述防护门关闭时，可阻挡气流以辅助所述负压抽风装置在罩体内创造负压环境。

有益效果：在使用本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置时，可将防护罩的罩体罩在泥水管路延伸时的换管位置，当需要进行换管操作时，工作人员仅需做好防护，由人员进出口进入到罩体内即可。换管过程中，罩体在换管位置处形成相对封闭的空间，限制有害物的影响范围，此外，通过负压抽风装置一方面可使罩体内形成负压环境，避免有害物逸散到罩体外部，另一方面也可将有害物集中处理或者引入至隧道排风管道，从而保证隧道内的安全。随着盾构设备的掘进，当罩体随盾构设备主机前移，需要沿泥水管路移动时，通过打开防护门则可保证泥水管路上的阀门顺利通过，其他时候，防护门则可以辅助负压抽风装置在罩体内创造负压环境，同时减少有害物的逸散路径。综上所述，本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置可对泥水盾构设备换管位置处的有害物质进行约束及处理，防止其在隧道内逸散，从而解决了现有泥水盾构设备在经过有害气体、粉尘等地层时，泥浆中夹杂的有害物会在泥水管路换管区域扩散而导致安全隐患的问题。

更进一步地，所述罩体上和/或负压抽风装置的抽风管路上设有气体过滤器，所述负压抽风装置的排出口与隧道空间连通。气体过滤器可将气体中的有害物进行处理，处理后的空气直接排入隧道，相对于将负压抽风装置与隧道排风管道连接的结构，将进一部提高该换管防护装置的灵活性和布置的便捷性。

更进一步地，所述气体过滤器为HEPA空气过滤器(海帕过滤器)。HEPA空气过滤器作为成熟的过滤器，具有易于获取，过滤效果好的优点。

更进一步地，所述人员进出口处设有用于对进出罩体的人员进行防护处理的过渡仓，所述过渡仓具有与罩体相邻的第一进出口和相对于第一进出口远离罩体的第二进出口。过渡仓能够在人员进入罩体时提供穿戴防护装备的空间，在人员出罩体后，提供人员清洗的空间，进一步防止有害物被带到隧道中。

更进一步地，所述过渡仓内由第二进出口到第一进出口依次设有身体清洗区、衣物清洗区、淋浴区和真空清洗区。

更进一步地，所述防护罩还包括门式底座，所述罩体安装于门式底座上，所述门式底座上设有用于与隧洞壁配合的行走轮。将罩体设于门式底座上，并且门式底座配置行走轮后，能够将该换管防护装置直接与盾构设备的主机连接，实现其跟随式工作。

更进一步地，所述防护门的过孔位置处设有密封件。密封件可以进一步加强罩体的防护效果，封堵过孔位置处的有害物扩散路径。

更进一步地，所述密封件为柔性密封片，当泥水管路在相应的过孔内径向移动或摆动时，所述柔性密封片可通过变形与泥水管路密封配合。柔性密封片可在泥水管路径向活动或摆动时仍然起到密封作用，从而可使过孔的内径大于泥浆管路的直径，不影响盾构设备的转弯半径。

更进一步地，所述防护门为至少部分可拆的拼接式门。拼接式门具有易于布置并且拆掉后不影响周围操作空间的优势。

更进一步地，所述负压抽风装置设于防护罩上。负压抽风装置直接设于防护罩，可实现本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置的整体化，更加有助于提高其灵活性。

本实用新型的泥水盾构设备采用以下技术方案：泥水盾构设备，该泥水盾构设备包括盾体和刀盘，盾体内于刀盘后侧设有泥水仓，所述泥水仓连接有泥水管路，所述泥水管路的延伸位置设有换管防护装置，换管防护装置包括防护罩，所述防护罩包括罩体，所述罩体包括顶壁、底壁以及连接顶壁与底壁的前壁、后壁和侧壁，所述后壁上设有供泥水管路及泥水管路上的阀门通过的开口，前壁和后壁中的至少一个上还设有人员进出口；所述罩体配置有负压抽风装置，以用于在所述罩体内创造负压环境，所述开口处设有防护门，所述防护门上设有与泥水管路对应的过孔，所述防护门打开时可供泥水管路的阀门通过，所述防护门关闭时，可阻挡气流以辅助所述负压抽风装置在罩体内创造负压环境。

有益效果：本实用新型的泥水盾构设备在工作时，换管防护装置可将防护罩的罩体罩在泥水管路延伸时的换管位置，当需要进行换管操作时，工作人员仅需做好防护，由人员进出口进入到罩体内即可。换管过程中，罩体在换管位置处形成相对封闭的空间，限制有害物的影响范围，此外，通过负压抽风装置一方面可使罩体内形成负压环境，避免有害物逸散到罩体外部，另一方面也可将有害物集中处理或者引入至隧道排风管道，从而保证隧道内的安全。随着盾构设备的掘进，当罩体随盾构设备主机前移，需要沿泥水管路移动时，通过打开防护门则可保证泥水管路上的阀门顺利通过，其他时候，防护门则可以辅助负压抽风装置在罩体内创造负压环境，同时减少有害物的逸散路径。综上所述，本实用新型的泥水盾构设备可对泥水盾构设备换管位置处的有害物质进行约束及处理，防止其在隧道内逸散，从而解决了现有泥水盾构设备在经过有害气体、粉尘等地层时，泥浆中夹杂的有害物会在泥水管路换管区域扩散而导致安全隐患的问题。

更进一步地，所述罩体上和/或负压抽风装置的抽风管路上设有气体过滤器，所述负压抽风装置的排出口与隧道空间连通。气体过滤器可将气体中的有害物进行处理，处理后的空气直接排入隧道，相对于将负压抽风装置与隧道排风管道连接的结构，将进一部提高该换管防护装置的灵活性和布置的便捷性。

更进一步地，所述气体过滤器为HEPA空气过滤器(海帕过滤器)。HEPA空气过滤器作为成熟的过滤器，具有易于获取，过滤效果好的优点。

更进一步地，所述人员进出口处设有用于对进出罩体的人员进行防护处理的过渡仓，所述过渡仓具有与罩体相邻的第一进出口和相对于第一进出口远离罩体的第二进出口。过渡仓能够在人员进入罩体时提供穿戴防护装备的空间，在人员出罩体后，提供人员清洗的空间，进一步防止有害物被带到隧道中。

更进一步地，所述过渡仓内由第二进出口到第一进出口依次设有身体清洗区、衣物清洗区、淋浴区和真空清洗区。

更进一步地，所述防护罩还包括门式底座，所述罩体安装于门式底座上，所述门式底座上设有用于与隧洞壁配合的行走轮。将罩体设于门式底座上，并且门式底座配置行走轮后，能够将该换管防护装置直接与盾构设备的主机连接，实现其跟随式工作。

更进一步地，所述防护门的过孔位置处设有密封件。密封件可以进一步加强罩体的防护效果，封堵过孔位置处的有害物扩散路径。

更进一步地，所述密封件为柔性密封片，当泥水管路在相应的过孔内径向移动或摆动时，所述柔性密封片可通过变形与泥水管路密封配合。柔性密封片可在泥水管路径向活动或摆动时仍然起到密封作用，从而可使过孔的内径大于泥浆管路的直径，不影响盾构设备的转弯半径。

更进一步地，所述防护门为至少部分可拆的拼接式门。拼接式门具有易于布置并且拆掉后不影响周围操作空间的优势。

更进一步地，所述负压抽风装置设于防护罩上。负压抽风装置直接设于防护罩，可实现本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置的整体化，更加有助于提高其灵活性。

附图说明

图1为本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置的后视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2中的过渡仓的结构示意图。

图中：101、防护罩；11、门式底座；111、车架；112、行走轮；12、罩体；121侧部；122顶部；13、泥水管路；14、阀门；15、防护门；151、第一部分；152、第二部分；16、密封件；102、抽风装置；103、过渡仓；31、身体清洗区；32、衣物清洗区；33、淋浴区；34、真空清洗区；104、气体过滤器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置的实施例：

如图1-3所示，本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置包括防护罩101、负压抽风装置102和过渡仓103。

防护罩101的结构如图1-2所示，包括门式底座11和安装在门式底座11上的罩体12。门式底座11采用的是拖车结构，包括车架111和设于车架上的行走轮112，如图1所示，行走轮112呈八字形布置，使用时可沿隧洞的硐壁行走。在本实施例中，门式底座11具体采用的是现有泥水盾构设备的泥水管路拖车。采用此种结构，仅需将现有的泥水管路拖车稍加改造即可，具有制造方便的优点。罩体12的结构如图1所示，包括顶壁、底壁、前壁、后壁以及侧壁，其中前壁、后壁以及侧壁连接在顶壁与底壁之间，共同围成封闭的空间。在本实施例中，罩体12包括位于门式底座11的安装有泥水管路13的一侧的侧部121以及位于门式底座11上方的顶部122，从后方看，顶部122与侧部121一起形成类“7”字形结构。罩体12的前壁与位于前壁前部的泥浆管路固定，罩体12的后壁上对应泥水管路13的位置处设置有开口，开口的大小能够满足泥水管路13以及泥水管路上所安装的阀门14能够通过，开口处设有防护门15，防护门15上设置有过孔，过孔的孔径大于泥水管路13的直径，能够满足在盾构设备转弯时，不与泥水管路13干涉，为了保证此处的密封效果，在过孔处设置有密封件16，本实施例中，密封件16为柔性密封片，具体为橡胶密封片，通过螺栓固定安装在泥水管路周围的固定物上，当泥水管路13在对应的过孔中发生偏摆以及径向平移时，密封件16能够通过变形来补偿，保持良好的密封性能。在本实施例中，防护门15具体采用的是由第一部分151和第二部分152、第三部分153拼接而成的拼接门，三部分之间通过螺栓紧固在一起，其中第一部分151及第二部分152可拆卸。上述的过孔则是形成于拼接位置处，当防护门15打开时，泥水管路13上所安装的阀门14则可以通过。开口的一侧处设有人员进出口，当需要进行换管操作时，操作人员从人员进出口进入罩体12，操作完成后，操作人员则从人员进出口出罩体12。

负压抽风装置102包括抽风风机，如图1-2所示，在本实施例中，抽风风机设在罩体12顶部，其排出口直通隧道内的空间，当负压抽风装置102开启时，罩体12内将会形成负压，从而使得其内部的气体将不再从负压抽风装置102以外的途径向罩体12外扩散；罩体12通过顶部的出风口与负压抽风装置102连接，在本实施例中，罩体12的出风口处设置了气体过滤器104，具体为HEPA空气过滤器，可对空气中的粉尘、纤维等杂质进行过滤。在其它实施例中，还可以在负压抽风装置102上也设置气体过滤器104，或者仅在负压抽风装置上设置气体过滤器104。

如图2所示，过渡仓103设于罩体12的后侧处，与罩体12上的人员进出口正对，过渡仓103具有靠近罩体的后壁的第一进出口和相对于第一进出口远离罩体的第二进出口，其用途是对进出罩体12的人员进行防护处理，所述的防护处理包括更换防护服、穿戴防护设备以及身体清洗等。在本实施例中，过渡仓103内由第二进出口到第一进出口依次设有身体清洗区31、衣物清洗区32、淋浴区33和真空清洗区34。各区之间由防护门隔开，防护门可以采用现有技术中的任何有密封效果的门，操作人员在进入罩体进行换管操作时，首先进入身体清洗区31，将贴身衣物换成贴身天然石棉防护服，换下的衣服放在防尘容器中；然后进入衣物清洗区，穿上RPE及防护外套，检查衣物的完好性。RPE为呼吸防护装备，包括防尘口罩、防毒口罩、防毒面具等。最后进入由淋浴区和真空清洗区整体构成的石棉清洗区，真空清洗区设有负压吸风结构，以对人员进行抽真空净化，人员进入石棉清洗区后，穿戴放在该区的防护设备，如鞋子等，进入罩体进行操作。在罩体内，通过件泥水换管吊机17，实现泥浆管更换，更换方式与常规盾构一致。操作人员出罩体的顺序采取进入的反向操作。

本实用新型的泥水盾构设备的实施例：

该泥水盾构设备备包括盾体和刀盘，盾体内于刀盘后侧设有泥水仓，所述泥水仓连接有泥水管路，泥水管路的延伸位置设有换管防护装置，其中盾体和刀盘的结构为现有技术，所述换管防护装置为本实用新型的泥水盾构设备换管防护装置，此处不予赘述。