[发明专利]瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置及施工方法

说明书

本发明公开了瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置及施工方法，具体包括刀盘、土舱、前盾、中盾、盾尾、输送机构以及瓦斯防爆装置；盾尾设置盾尾密封，在中盾、盾尾的壳体铰接处采用铰接密封；管片接缝处设置密封装置；输送机构包括螺旋输送机和皮带，螺旋输送机用于输送土舱中的渣土，渣土落入皮带上；瓦斯防爆装置的主体设置在盾构主机后部和台车区域。本发明提供一种瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置及施工方法。将盾构施工中主要瓦斯溢出点释放的高浓度瓦斯气体稀释到安全浓度范围内经防爆风机抽排至盾构台车后部的全防爆设备区，降低了盾构主机和台车内瓦斯爆炸的风险。

技术领域

本发明涉及瓦斯隧道施工领域，特别涉及瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置及施工方法。

背景技术

土压平衡盾构由于工作井占地面积小、施工进度快、设备成本低、安全性高等多种优点广泛应用于隧道施工，并有全部取代传统暗挖法隧道施工的趋势。部分隧道由于多种原因存在瓦斯气体，瓦斯爆炸威力极大。瓦斯爆炸必须同时具备三个基本条件：一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％；二是混合气体中氧的浓度不低于12％；三是有足够能量的高温火源，一般为650℃～750℃。瓦斯防爆目标基本是控制条件一和条件三。

由于盾构主机和台车内电器设备太多、很难设计成全防爆状态，管理与技术人员都担心当瓦斯在盾体和台车内浓度较高、接触器打火时导致瓦斯爆炸，因此在高瓦斯地层和瓦斯突出地层中施工工法现今还普遍采用暗挖法施工。

土压平衡盾构在施工过程中瓦斯气体进入隧道的位置有：螺旋输送机出渣口、铰接密封、盾尾密封、管片接缝。铰接密封、盾尾密封、管片接缝由于都采用了密封装置，密封装置未损坏的前提下，瓦斯气体渗入量基本可以忽略不计。因此，土压平衡盾构在施工过程中瓦斯气体进入隧道的主要位置是螺旋输送机出渣口。

渣土包裹着瓦斯气体，经螺旋输送机出渣口落入皮带，渣土平铺在皮带上。大部分瓦斯气体马上释放到附近(螺旋输送机出渣口)空气中，渣土和包裹在渣土中的极少部分瓦斯气体扩散至台车内或经皮带输送至盾构机台车后部的渣车内。盾构机及台车内存在大量的无防爆功能的电气设备，如果释放到空气中的瓦斯气体浓度达到5％～16％，很容易造成瓦斯爆炸。在低瓦斯隧道中如果螺旋输送机出渣口附近释放出的瓦斯气体浓度达到瓦斯爆炸浓度，也可能造成瓦斯爆炸。无论是低瓦斯、高瓦斯还是瓦斯突出隧道采用土压平衡盾构施工的前提条件是必须找到一有效方法，确保无防爆能力的盾构主机和台车内瓦斯浓度实时控制在0.5％(瓦斯防爆安全系数为10)以下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置及施工方法，用于避免盾构施工中主要瓦斯溢出点(螺旋输送机出渣口)释放的高浓度瓦斯气体扩散到盾构主机和台车内，降低盾构主机和台车内瓦斯爆炸的风险。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

瓦斯隧道土压平衡盾构施工防爆装置，包括刀盘、土舱、前盾、中盾、盾尾、输送机构以及瓦斯防爆装置；

刀盘设置在土舱的前方，土舱设置在前盾内，刀盘上的刀具将前方掌子面的渣土切削下来，渣土进入土舱；

中盾在前盾和盾尾之间，中盾和盾尾内设置推进油缸和/或管片拼装机；盾尾设置盾尾密封，在中盾、盾尾的壳体铰接处采用铰接密封；管片接缝处设置密封装置；

输送机构包括螺旋输送机和皮带，螺旋输送机用于输送土舱中的渣土，螺旋输送机的螺旋轴旋转，将土舱中的渣土输送至已打开螺旋输送机后闸门的螺旋输送机出渣口，渣土落入皮带上，皮带将渣土运输至台车内的渣车里；

瓦斯防爆装置的主体设置在盾构主机后部和台车区域；在盾构施工过程中，通过瓦斯防爆装置的使用，确保盾构主机区域和盾构台车区域范围内瓦斯气体浓度在安全范围内。