螺旋輸送機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)介紹及噴涌故障應(yīng)對(duì)措施

【摘要】螺旋輸送機(jī)是盾構(gòu)機(jī)設(shè)備主要組成部分，此文分析了隧道施工中噴涌的形成、介紹了盾構(gòu)機(jī)用螺旋輸送機(jī)的防噴涌設(shè)計(jì)、以及施工中噴涌發(fā)生時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)機(jī)；螺旋輸送機(jī)；噴涌

引言

盾構(gòu)機(jī)是集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送渣土、拼裝隧道襯砌、導(dǎo)向糾偏等功能的地下隧道開(kāi)挖設(shè)備。盾構(gòu)機(jī)已廣泛用于地鐵、公路、鐵路、市政、水電等隧道工程。

螺旋輸送機(jī)是盾構(gòu)機(jī)渣土輸送系統(tǒng)的重要組成部分，在盾構(gòu)法施工中螺旋輸送機(jī)不僅擔(dān)負(fù)著盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)渣土的排出，而且能起到夠控制開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)土體壓力，保證開(kāi)挖面土壓平衡，防止地面坍塌或者拱起的作用。隧道施工時(shí)由于富水地層及施工原因，難免出現(xiàn)渣土改良不到位出渣時(shí)發(fā)生噴涌現(xiàn)象，螺旋輸送機(jī)在出渣的同時(shí)還起到防噴涌的作用。

隧道施工時(shí)由于各種因素影響，難免出現(xiàn)噴涌事故，噴涌發(fā)生時(shí)采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施不僅能夠保證施工人員的人身安全，而且能夠避免地面坍塌設(shè)備被埋的重大施工事故發(fā)生。

1、噴涌的形成

盾構(gòu)法施工時(shí)地質(zhì)條件、水文情況、掘進(jìn)參數(shù)是噴涌發(fā)生的決定因素，在砂卵石等富水地層地下水的通路沒(méi)有阻斷、泡沫、膨潤(rùn)土等添加劑使用不當(dāng)，渣土改良不理想，未能有效改變?cè)翝B透性，在水流量大或者水力梯度大的情況下，極易發(fā)生噴涌。

在中風(fēng)化或者微風(fēng)化巖層中，若裂隙水發(fā)育，后方水路又未封閉，開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)渣土由于流水的影響難以改良時(shí)，也經(jīng)常發(fā)生噴涌現(xiàn)象。

高壓力的水體穿越開(kāi)挖倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)后其壓力水頭沒(méi)有遞減到到位，滲流夾帶土顆粒在輸送到螺旋輸送機(jī)排渣門(mén)出口的一瞬間，由于下方式敞開(kāi)的皮帶輸送機(jī)受料端處于無(wú)壓狀態(tài)，滲流水便在突然壓力降低的情況下帶動(dòng)正常輸送的渣土噴涌而出。

2、螺旋輸送機(jī)防噴涌設(shè)計(jì)介紹

（1）安全門(mén)設(shè)計(jì)

在螺旋輸送機(jī)前端設(shè)計(jì)安全門(mén)（見(jiàn)圖1，圖2），筒體上設(shè)計(jì)螺旋伸縮油缸，安全門(mén)采用油缸進(jìn)行開(kāi)閉，并且安全門(mén)左右兩側(cè)閘板采用密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在噴涌發(fā)生時(shí)可以通過(guò)螺旋伸縮油缸將螺旋筒體及螺旋桿迅速縮回，同時(shí)通過(guò)安全門(mén)油缸迅速關(guān)閉安全閘門(mén)防止噴涌發(fā)生。

（2）螺旋桿設(shè)計(jì)

螺旋桿有無(wú)軸式和有軸式兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，無(wú)軸螺旋桿可以通過(guò)大粒徑渣土，相同尺寸和轉(zhuǎn)速下輸送能力比有軸式螺旋桿大，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)螺旋筒體內(nèi)渣土保壓。在富水地層施工時(shí)螺旋桿設(shè)計(jì)必須采用有軸式設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），通過(guò)螺旋桿葉片實(shí)現(xiàn)筒體渣土保壓和正常的壓力遞減，完成排碴工作，防止由于螺旋筒體內(nèi)壓力無(wú)法控制而發(fā)生噴涌。

（3）筒體設(shè)計(jì)

筒體設(shè)計(jì)時(shí)配備渣土改良孔，同時(shí)在筒體上部和下部配備土壓傳感器（見(jiàn)圖1），施工時(shí)通過(guò)主控室監(jiān)測(cè)土壓傳感器參數(shù)可以輕松掌握螺旋底部和頂部壓力值，進(jìn)而判斷是否有發(fā)生噴涌的征兆，若傳感器壓力值超過(guò)警戒值就需要調(diào)整開(kāi)挖倉(cāng)的渣土改良參數(shù)，同時(shí)通過(guò)螺旋輸送機(jī)筒體上注入孔進(jìn)行筒體內(nèi)渣土改良，形成土塞效應(yīng)，防止噴涌發(fā)生。

（4）螺旋輸送機(jī)排渣門(mén)設(shè)計(jì)

螺旋輸送機(jī)排渣門(mén)通過(guò)油缸控制閘門(mén)開(kāi)口大小，從而保證筒體內(nèi)和開(kāi)挖倉(cāng)壓力，對(duì)于富水地層，排渣門(mén)設(shè)計(jì)采用雙閘門(mén)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），在兩道閘門(mén)間預(yù)留保壓泵接口，在發(fā)生噴涌時(shí)迅速關(guān)閉閘門(mén)，打開(kāi)接口法蘭接保壓泵排渣，在水量較大的地段掘進(jìn)時(shí)采用螺旋輸送機(jī)雙閘門(mén)控制，加注泥漿或高效聚合物，防噴涌、防涌水。

3、噴涌故障應(yīng)對(duì)措施

（1）當(dāng)遇到噴涌發(fā)生時(shí)迅速關(guān)閉螺旋輸送機(jī)、排渣門(mén)和螺旋輸送機(jī)安全門(mén)，停止出渣，保持盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)往前掘進(jìn)，增加開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的土壓力，讓刀盤(pán)切削下來(lái)的渣土將開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的水不斷地?cái)D出，減少開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)渣土的含水量，當(dāng)壓力建立起來(lái)后打開(kāi)安全門(mén)，再將螺旋輸送機(jī)排渣門(mén)打開(kāi)30%左右，螺旋機(jī)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速調(diào)至2.0rpm左右，邊掘進(jìn)邊出渣，始終保持土倉(cāng)內(nèi)壓力在1.8bar左右，同時(shí)要防止開(kāi)挖倉(cāng)壓力超過(guò)2bar，造成盾構(gòu)機(jī)前方突起、漿液從地面冒出，以及擊穿盾尾密封等現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）嚴(yán)密監(jiān)控螺旋輸送機(jī)出渣情況和開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的壓力變化情況，一旦發(fā)生噴涌現(xiàn)象，迅速關(guān)閉排渣門(mén)，配備雙排渣門(mén)的設(shè)備可以充分利用兩道閘門(mén)間預(yù)留保壓泵接口接駁保壓泵系統(tǒng)，保證掘進(jìn)，避免地下水、流沙或者渣土改良劑的大量涌出，保證開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的壓力穩(wěn)定。

（3）向開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)加入高濃度膨潤(rùn)土、泡沫或者水玻璃等改良劑，改善開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)渣土的特性，使渣土中的顆粒、泥漿成為一整體，使渣土具有良好的可塑性、止水性及流動(dòng)性，便于螺旋輸送機(jī)順利出渣。

（4）在進(jìn)入富水砂層地質(zhì)之前，盾構(gòu)機(jī)操作手提前采用氣壓平衡模式進(jìn)行推進(jìn)防止噴涌發(fā)生，但要防止發(fā)生漏氣事件。

（5）利用盾構(gòu)機(jī)配套的二次注漿設(shè)備及時(shí)二次補(bǔ)漿，在管片外周形成連續(xù)的封閉環(huán)，防止管片周?chē)牡叵滤?，避免噴涌?/p>

（6）對(duì)于易發(fā)生噴涌的地層應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎操作，力爭(zhēng)快速掘進(jìn)通過(guò)，避免在已發(fā)生噴涌的地段停機(jī)或者進(jìn)行設(shè)備檢修。

4、結(jié)論

在富水地層中施工時(shí)施工單位應(yīng)提前研究盾構(gòu)機(jī)穿越段地質(zhì)資料、水文資料，在螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用防噴涌設(shè)計(jì)，在施工中采取科學(xué)的施工方法、根據(jù)開(kāi)挖情況及時(shí)調(diào)整渣土改良和注漿參數(shù)，同時(shí)在噴涌發(fā)生時(shí)采取合理有效的措施就能很好解決噴涌事故。

參考文獻(xiàn)

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