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1、螺旋输送机防喷涌设计介绍及喷涌故障应对措施【摘要】螺旋输送机是盾构机设备主要组成部分，此文分析了隧道施工中喷 涌的形成、介绍了盾构机用螺旋输送机的防喷涌设计、以及施工中喷涌发生时的 应对措施。【关键词】盾构机；螺旋输送机；喷涌引言盾构机是集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送 渣土、拼装隧道衬砌、导向纠偏等功能的地下隧道开挖设备。盾构机已广泛用于 地铁、公路、铁路、市政、水电等隧道工程。螺旋输送机是盾构机渣土输送系统的重要组成部分，在盾构法施工中螺旋输 送机不仅担负着盾构机开挖仓内渣土的排出，而且能起到够控制开挖仓内土体压 力，保证开挖面土压平衡，防止地面坍塌或者拱起的作用
2、。隧道施工时由于富水 地层及施工原因，难免出现渣土改良不到位出渣时发生喷涌现象，螺旋输送机在 出渣的同时还起到防喷涌的作用。隧道施工时由于各种因素影响，难免出现喷涌事故，喷涌发生时采取科学的 应对措施不仅能够保证施工人员的人身安全，而且能够避免地面坍塌设备被埋的 重大施工事故发生。1、喷涌的形成盾构法施工时地质条件、水文情况、掘进参数是喷涌发生的决定因素，在砂 卵石等富水地层地下水的通路没有阻断、泡沫、膨润土等添加剂使用不当，渣土 改良不理想，未能有效改变渣土渗透性，在水流量大或者水力梯度大的情况下， 极易发生喷涌。在中风化或者微风化岩层中，若裂隙水发育，后方水路又未封闭，开挖仓内 渣土由于流
3、水的影响难以改良时，也经常发生喷涌现象。高压力的水体穿越开挖仓和螺旋输送机后其压力水头没有递减到到位，渗流 夹带土颗粒在输送到螺旋输送机排渣门出口的一瞬间，由于下方式敞开的皮带输 送机受料端处于无压状态，渗流水便在突然压力降低的情况下带动正常输送的渣 土喷涌而出。2、螺旋输送机防喷涌设计介绍（1）安全门设计在螺旋输送机前端设计安全门（见图1,图2）,筒体上设计螺旋伸缩油缸， 安全门采用油缸进行开闭，并且安全门左右两侧闸板采用密封结构设计，在喷涌 发生时可以通过螺旋伸缩油缸将螺旋筒体及螺旋杆迅速缩回，同时通过安全门油 缸迅速关闭安全闸门防止喷涌发生。（2）螺旋杆设计螺旋杆有无轴式和有轴式两种设计
4、结构，无轴螺旋杆可以通过大粒径渣土， 相同尺寸和转速下输送能力比有轴式螺旋杆大，但是无法实现螺旋筒体内渣土保 压。在富水地层施工时螺旋杆设计必须采用有轴式设计（见图1），通过螺旋杆 叶片实现筒体渣土保压和正常的压力递减，完成排碴工作，防止由于螺旋筒体内 压力无法控制而发生喷涌。（3）筒体设计筒体设计时配备渣土改良孔，同时在筒体上部和下部配备土压传感器（见图 1），施工时通过主控室监测土压传感器参数可以轻松掌握螺旋底部和顶部压力 值，进而判断是否有发生喷涌的征兆，若传感器压力值超过警戒值就需要调整开 挖仓的渣土改良参数，同时通过螺旋输送机筒体上注入孔进行筒体内渣土改良， 形成土塞效应，防止喷涌发
5、生。（4）螺旋输送机排渣门设计螺旋输送机排渣门通过油缸控制闸门开口大小，从而保证筒体内和开挖仓压 力，对于富水地层，排渣门设计采用双闸门设计（见图1），在两道闸门间预留 保压泵接口，在发生喷涌时迅速关闭闸门，打开接口法兰接保压泵排渣，在水量 较大的地段掘进时采用螺旋输送机双闸门控制，加注泥浆或高效聚合物，防喷涌、 防涌水。3、喷涌故障应对措施（1）当遇到喷涌发生时迅速关闭螺旋输送机、排渣门和螺旋输送机安全门， 停止出渣，保持盾构机继续往前掘进，增加开挖仓内的土压力，让刀盘切削下来 的渣土将开挖仓内的水不断地挤出，减少开挖仓内渣土的含水量，当压力建立起 来后打开安全门，再将螺旋输送机排渣门打开3
6、0%左右，螺旋机正转转速调至 2.0rpm左右，边掘进边出渣，始终保持土仓内压力在1.8bar左右，同时要防止 开挖仓压力超过2bar，造成盾构机前方突起、浆液从地面冒出，以及击穿盾尾密 封等现象的发生。（2）严密监控螺旋输送机出渣情况和开挖仓内的压力变化情况，一旦发生 喷涌现象，迅速关闭排渣门，配备双排渣门的设备可以充分利用两道闸门间预留 保压泵接口接驳保压泵系统，保证掘进，避免地下水、流沙或者渣土改良剂的大 量涌出，保证开挖仓内的压力稳定。（3）向开挖仓内加入高浓度膨润土、泡沫或者水玻璃等改良剂，改善开挖 仓内渣土的特性，使渣土中的颗粒、泥浆成为一整体，使渣土具有良好的可塑性、 止水性及流
7、动性，便于螺旋输送机顺利出渣。（4）在进入富水砂层地质之前，盾构机操作手提前采用气压平衡模式进行 推进防止喷涌发生，但要防止发生漏气事件。（5）利用盾构机配套的二次注浆设备及时二次补浆，在管片外周形成连续 的封闭环，防止管片周围的地下水串通，避免喷涌。（6）对于易发生喷涌的地层应当谨慎操作，力争快速掘进通过，避免在已 发生喷涌的地段停机或者进行设备检修。4、结论在富水地层中施工时施工单位应提前研究盾构机穿越段地质资料、水文资 料，在螺旋输送机设计时采用防喷涌设计，在施工中采取科学的施工方法、根据 开挖情况及时调整渣土改良和注浆参数，同时在喷涌发生时采取合理有效的措施 就能很好解决喷涌事故。参考文献1 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.北京：中国科学技术出版社， 2006 年2 日地盘工学会著，牛清山等译.盾构法的调查设计施工.中国建筑工业出 版社，2008年
