【CN109723456A】土压平衡盾构机螺旋输送机防喷涌装置【专利】

土压平衡式盾构双级螺旋输送机对喷涌的控制技术道,,,,,:,懂市辄置交璃霁例四四潮四黼八潮,,,,,测,,,,,四,,,,,,,,;,,,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,;,,,;,,,;,四,,,,,,,,,,硼洲四四,,,,,,,,,,四八,,,,,刚四,,,;,四,,,,,糟。

伯剐澍土压军街式届构双组瞟旋输暹机习嚼溺的檐剐技术刘德智, 雷金山, 杨秀竹, (,(广州市地下铁道总公司，,,,,,,，广州;,(中南大学土木建筑学院，,,,,,,，长沙‖第一作者，工程师)摘要盾构机在密实性差、富水性和渗透性强、承载力较盾构机是一种广泛应用于地下隧道工程的技术低的全断面淤泥质粉细砂层中掘进时，易产生喷涌，并造成密集型重大工程设备，而土压平衡式盾构机以其施地表沉降。

结合广州轨道交通,号线“大垣沙一黄沙”区问工安全、施工进度快、对环境影响小等优点，尤其适盾构工程实例，探讨盾构机在采用双级螺旋输送机后，通过合于下穿江河海湖等土质地层中的隧道施工。

螺旋控制密封仓内土压力，以达到有效控制变形、避免地面塌陷输送机是土压平衡式盾构机的重要组成部分。

它主的目的;并总结了土压平衡式盾构穿越富水砂层时，采用的要用来从盾构密封仓内将刀盘切削下来的泥土排出主要施工技术和措施。

盾体，同时保持密封仓内的土压力，以维持开挖面土关键词土压平衡式盾构;喷涌;双级螺旋输送机;掘进体的稳定。

由于受不良地质的影响，螺旋输送机在控制出土过程中，容易产生喷涌现象，导致土仓内压力急中图分类号, ,,,(,, 骤下降，并引起开挖面土体失稳，从而发生地面塌陷事故。

本文结合广州地铁,号线盾构二标(大坦,,,,,,, ,, ,,,,, ,,, ,,,, ,,,,坶,,,,,,,磐,,,,;,, ,,,,,,,,,”,, ,,,,,,,,, 沙一黄沙区间)工程实例，探讨盾构机在采用双级螺,,, ,,,,,，,,, ,?椋睿螅瑁幔睿伲幔睿?,,,,,, 旋输送机后，如何有效地控制密封仓内的土压力，以,,,,,,;, ,,,,,,,,, ,,,,, ,,,, , ,, ,,,,,,,,, ,,;,,,, ,, 防止发生地面塌陷事故。

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2023.03.019富水地层土压平衡盾构机防喷涌控制技术杨永涛(中铁十一局集团有限公司,武汉430074)摘 要: 针对富水地层的施工难题和防喷涌问题,提出了一种基于水力压裂的土压力平衡盾构机防喷涌控制技术㊂该技术通过在掘进面设导墙㊁底部设导槽等措施实现对土压力的有效控制;同时利用循环泵将盾构掘进过程中产生的泥浆输送至导槽内,再由导槽内的泥浆泵送到盾构始发井中㊂当发生涌漏时,可通过导槽上的注浆孔进行封堵,排出导管外溢液体,避免出现大范围渗漏事故㊂关键词: 富水地层; 平衡盾构机; 防喷涌控制A n t i -s u r g eC o n t r o l T e c h n o l o g y o fE a r t hP r e s s u r eB a l a n c e S h i e l d i n W a t e r -r i c hS t r a t aY A N GY o n g-t a o (C h i n aR a i l w a y 11t hB u r e a uG r o u p C o ,L t d ,W u h a n430074,C h i n a )A b s t r a c t : A i m i n g a t t h e p r o b l e m s o f c o n s t r u c t i o n a n d a n t i -g u s h i n g i nw a t e r -r i c h s t r a t u m ,a n e wa n t i -g u s h i n g c o n t r o l t e c h n o l o g y o f e a r t h p r e s s u r eb a l a n c e s h i e l dm a c h i n eb a s e do nh y d r a u l i c f r a c t u r i n g i s p r o p o s e d .T h i s t e c h n o l o g y c a ne f -f e c t i v e l y c o n t r o l t h e e a r t h p r e s s u r eb y m e a n s o f s e t t i n gg u i d ew a l l a n d g u i d e g r o o v e a t th e b o t t o mo f t h e h e a di n g f a c e ,a n da t t h e s a m e t i m e ,t h em u d p r o d u c e d i n t h e c o u r s e o f s h i e l d d r i v i n g i s t r a n s p o r t e d t o t h e g u i d e g r o o v e b y u s i n g c i r c u -l a t i n gp u m p ,t h e n t h em u d i n t h e g u i d e g r o o v e i s p u m p e d i n t o t h e s t a r t i n g w e l l o f t h e s h i e l dm a c h i n e .W h e n t h e l e a k a g e o c c u r s ,i t c a n b e b l o c k e d b y t h e g r o u t i n g h o l e o n t h e g u i d e g r o o v e t o d i s c h a r g e t h e o v e r f l o w l i q u i d o f t h e g u i d e p i p e t o a -v o i d l a r g e -s c a l e l e a k a g e a c c i d e n t s .K e y wo r d s : r i c hw a t e r s t r a t u m ; b a l a n c e d s h i e l dm a c h i n e ; g u s hc o n t r o l 收稿日期:2023-02-11.作者简介:杨永涛(1987-),工程师.E -m a i l :531845887@q q.c o m 随着城市地下空间开发利用的日益增加,对于地铁隧道施工建设中防喷涌技术提出了更高要求㊂在实际工程施工过程中,由于地表沉降和地下水位下降导致的涌水突泥现象严重影响到了整个隧道结构的稳定性,因此需要采用合理有效的措施来进行预防处理㊂目前国内外防喷涌技术主要有以下几种形式:第一是通过设置临时挡墙或者其他柔性围堰来实现对涌水体的有效拦截;第二是利用混凝土喷射泵将水输送到指定位置后,再通过泵送系统向管片内注浆,从而达到对喷涌水流的阻隔作用;第三是通过在盾尾安装高压射流器等方式来降低盾尾周围的压力,使得涌水能及时排出㊂但是上述三类方法都存在着一定缺陷,如对盾构机的安全性能造成不利影响㊁无法保证掘进速度以及掘进效率低下等,而且这类方法也不能完全避免喷涌问题发生㊂1 盾构机喷涌问题的研究现状在进行盾构隧道开挖时,由于受到施工环境和施工条件的影响会使得喷射混凝土材料发生变化㊂当盾构挖掘至一定深度后,其内部的温度也逐渐升高㊁湿度增加,这就导致了喷射物料与周围环境之间存在着很大差异性,进而引发了喷射压力的变化㊂同时,随着时间的不断推移,掘进速度逐渐加快,且掘进面积逐渐增大㊂因此,对盾构机内部的温度场分布情况以及温度应力场的变化规律等方面都有较高要求,如果不能及时发现这一问题将会直接造成整个盾构机在实际应用中出现故障[1]㊂另外一方面,在进行掘进作业的过程中67建材世界 2023年 第44卷 第3期Copyright ©博看网. All Rights Reserved.还可能因盾构机自身原因而引起喷射物料的不均匀分布,从而形成较大的空隙,最终导致喷射物料进入到盾构机内部,并进一步诱发出喷射压力的波动,严重时会产生 井喷 现象㊂2 富水地层盾构掘进过程中涌水机理2.1 富水地层盾构机掘进过程中涌水机理在盾构施工时,由于受到上覆岩层的影响,会产生一定程度的地表沉降和地下水位下降等现象㊂因此,为保证掘进安全,需要对掘进速度进行严格把控,以免出现涌水问题㊂当涌出压力与围岩压力差达到某一临界值时,即可认为是涌出压力差引起的涌出水流量增加㊂而涌出压力差越大㊁涌出时间越长,则说明涌出水量越大㊂同时,涌出压力差还能够使得隧道周围的土体应力场发生变化,进而导致其内部孔隙水压力升高:另外随着涌出压力值不断增大,且持续时间越久,则表明涌出水量逐渐减小直至消失㊂根据现场试验可知:当涌出最大值大于20k P a 后,隧洞内的涌水量基本不再有明显增加趋势㊂当涌出最大值小于15k P a 后,涌水量开始有所回升,但是仍然处于一个较低水平㊂当涌出最大值超过30k P a 后,涌水量又出现了明显的下降态势㊂2.2 盾构掘进过程中涌水与停推时间的关系在盾构始发前㊁后分别对开挖面进行监测㊂当开挖面上覆岩土体达到饱和状态时(即压力为10-5~10-4M P a ),当压力降到10-1M P a 左右时,涌水量开始出现上升趋势,此时涌水量最大值约占总涌水量的50%;当压力降到10~0.50M P a 时,涌水量基本不再变化,此后随着盾构掘进速度逐渐增大,涌水量趋于稳定,但仍有少量涌出㊂这主要是由于掘进初期,掘进空间狭小且土质松软,加之掘进设备和管片刚度较低,导致涌水量较大[2]㊂而当进入到掘进后期,受施工环境影响,涌水突涨严重,甚至形成大暴雨,造成地面积水,从而使得涌水量急剧下降㊂因此,论文认为,涌水量的大小会受到掘进速度㊁地表沉降以及周围地质条件等因素综合影响,并最终决定了掘进过程中涌水发生情况及规律,其具体分析如表1所示㊂表1 掘进过程中涌水发生情况及规律表序号盾构掘进速度/(mm ㊃m i n -1)注浆流量值/(L ㊃m i n -1)1201002301503402002.3 盾构掘进过程中涌水与地表沉降的关系在盾构施工时,当遇到地下水位较高时,由于地下含水层压力较大,会导致井筒周围出现明显的隆起现象㊂此时,若不采取相应措施进行处理,则可能引发地面沉降问题㊂因此,为了保证隧道工程施工质量和安全性,必须要做好防喷涌工作㊂通过对涌水量以及渗流场分析可知,地下含水介质主要是松散岩土体㊁砂岩及泥质粉砂层等,其孔隙率相对较低且渗透系数较小;同时,受地形条件的限制,盾构机在穿越含水层时会受到一定程度上的阻力作用,从而使得掘进效率降低,进而造成涌水量增加㊂3 富水地层盾构掘进过程中涌水量预测3.1 涌水量预测方法在对涌水量进行分析时,需要先对涌水量进行预估㊂首先根据现场地质条件和施工经验建立一个合理的涌水量计算模型;然后利用该模型对模型进行参数优化处理,使其满足实际工程要求;C F D 模拟软件可以将上述步骤进行有效结合,从而得到较为准确可靠的结果㊂此外还要注意以下问题:在进行数值模拟前,应该充分了解当地水文地质情况㊁地下水位埋深等因素,以便更好地掌握涌水量的大小以及分布规律㊂3.2 涌水量预测结果与地下水防治建议在施工期内,隧道洞内涌水能满足‘地铁工程地质勘察规范(D Z /T 0301 2017)Ⅲ类围护结构设计规范“的要求㊂但由于很多施工区域存在大量的暗河㊁渗沟等不良地质现象,导致地表水无法及时排出,造成地面沉降严重,因此需要对其采取有效措施进行治理㊂具体方法为:1)采用双液注浆加固技术对洞内涌水井实施封堵;2)通过监测数据和现场实测资料分析,对施工段区间有较多的溶洞且分布范围较大,并且部分区域地势相对较为平坦,不利于地下排水设施建设的,应加强隧底排水系统的完善工作;3)当盾构机掘进至距洞口约50m 时,涌出水量开始逐渐增大,当涌水量达到最大值时约达6500t ㊂此时,若继续推进掘进,则会使得盾构机在过高或过低的环境压力下均不能正常运转㊂所以应当停止进尺,将掘进速度降到最低,同时在洞外77建材世界 2023年 第44卷 第3期Copyright ©博看网. All Rights Reserved.设置围堰以防止涌水进入隧道内部[3]㊂另外,由于地表水渗入到隧道后,会导致隧道出现一定程度上的变形㊁沉降现象㊂因此可以利用盾构机掘进前先向周围开挖出一定宽度的临时排水沟来减少盾尾积水,然后再缓慢向前掘进,从而提高掘进效率㊂4 全断面帷幕注浆技术4.1 盾构同步注浆技术在工程中采用 双液 法进行超前加固处理后再进行洞内开挖㊂为了保证施工安全和进度要求,需要提前对隧道围岩进行全面检查和分析,根据实际情况制定相应的施工方案;并且要做好相关准备工作,包括施工前的地质勘察报告㊁施工过程中所需的各种材料以及设备等㊂4.2 盾构同步注浆系统在掘进过程中,对于每个环向和纵向的管片都需要进行注浆作业㊂由于工程施工范围较大㊁地质条件复杂等原因,因此采用了双液法进行超前预注,并且为了保证注浆效果,必须要将注浆压力保持在合理的数值内㊂根据以往经验可知,在注浆压力达到一定值后,可以通过调整注浆泵的转速来提高注浆效率;而当注浆压力低于设定值时,则应该及时停止注浆工作㊂但是在实际操作过程中发现,如果注浆压力过高或者过低,那么就会导致浆液无法正常排出,从而影响整个施工工期,同时还会增加施工成本[4]㊂所以论文提出了一种新型的注浆方法 同步注浆法㊂该方法是指先利用锚杆把隧洞两端的岩体固定好之后,再向隧洞内部灌注适量浆液,然后再按照设计要求逐渐降低桩顶的注浆压力,直至浆液全部排空后才可继续下一步的操作㊂4.3 盾构同步注浆施工工艺1)在始发端和接收端各设置一个掘进工作面,并对每个工作面的进尺进行统计㊂根据现场实际情况确定每台设备的最大开挖长度及间距;同时,将掘进参数与设计参数相比较㊂当某一工作面的实际开挖长度超过该段巷道内的最大允许距离时,应立即停止掘进作业,并采取相应措施防止超挖量继续扩大㊂2)当开挖至预定位置时,启动掘进设备开始进行同步注浆作业㊂首先通过遥控器发出指令信号给伺服电机,使其驱动液压泵以恒定速度向地下推进,直至达到设定的深度后停止钻进,然后再启动钻杆继续向前推进[5]㊂3)在整个同步注浆过程中应始终保持压力稳定,即注浆压力应保持在0.2~0.4M P a 之间㊂若注浆压力过小或过大则会导致桩体发生离析现象,从而影响后续工序;反之则会造成浆液无法顺利注入㊂4)待浆液完全凝固后可根据实际情况调整注浆参数,一般采用0.35~0.5L /m i n 的水泥砂浆作为初期支护材料来保证浆料的密实性㊂5)待注浆完成24h 后方可开展下一循环工作㊂4.4 工程应用工程在掘进至2号隧道下方约1m 处时发生了大变形,导致上部结构出现严重的失稳破坏现象㊂为了防止该区域内涌入大量水体㊁泥石流等地质灾害问题,施工人员采用 超前小导管注浆+侧壁加固 的方式进行处理措施,并且对隧洞周边地表沉降情况和底鼓位移状况进行监测分析㊂由于前方存在较大断层,因此在开挖过程中会导致上部结构产生一定的变形,同时还会伴随着一些局部隆起,这会使得下部结构受到影响而出现位移量增大,甚至可能引发坍塌事故;另一方面也有可能导致边墙及拱顶出现裂缝,进而威胁到整个围岩稳定性与安全性㊂5 防喷涌效果分析1)在正常情况下,当喷射压力大于临界压力时会出现喷射流㊂此时的喷射流是由于水合物生成而形成的,并且会随着压力的增大逐渐变大,最终导致管片上表面发生破裂㊁变形等现象发生;此外还会对管片造成一定程度的破坏㊂结果显示,随着喷射时间增加㊁压力升高和温度降低,各工况下的最大位移值均呈现先减小后趋于稳定的趋势,其中喷射压力为10~20M P a 工况变化最为明显㊂这是因为该条件下,喷射水流速度较小,因此射流强度也相对较低,从而使得喷射流在管片上部区域产生较大范围的破碎区㊂2)在不同喷射压力工况下,管片中部位置均存在一个应力集中区,其值约为0.14mm /m 2,但与其他3个工况相比,该处的最大应力水平要更高一些㊂这是由于在该处,喷射水流冲击到了管片表面,致使其受到破坏,进而引起了局部应力集中㊂同时,在相同喷射压力作用下,不同喷射距离工况之间的最大应力差异不显著㊂3)在相同喷射压(下转第96页)87建材世界 2023年 第44卷 第3期Copyright ©博看网. All Rights Reserved.等[7]提出使用小波分析方法对动力荷载作用下结构损伤位置进行识别;殷栎淮等[8]提出基于智能钢筋网络的结构健康检测,可以识别混凝土中的裂缝位置从而进一步确定结构的具体损伤位置㊂在此项目中,由于钢结构设计的冗余较高,具有较高的强度储备空间,故采用较为简单的识别方式,将其设置为构件最大应力达到构件屈服强度80%时即开始预警,在构件最大应力达到构件屈服强度95%时认定为构件出现损伤㊂根据近半年来的监测数据可以看出,该结构健康状态良好,在监测的关键构件位置并未出现结构损伤㊂7 可视化处理将前期准备工作中建立的M i d a sG e n 与3D 3S 模型导出到B I M 软件中建立结构的B I M 模型,可以将监测数据对应绑定到安装了传感器的构件上㊂当监测数据出现异常,构件应力发出预警时,可以直接在B I M 模型中标识出来,方便管理人员对其进行定位㊂8 结 语根据前期构件应力监测数据,该结构的钢结构杆件的应力水平处于受控状态,即结构主要受力构件的应力水平远远小于结构材料的极限应力;根据结构结点沉降位移和水平位移监测数据,该结构未发现明显位移,处于安全可控状态㊂综上所述,该结构的各项指标正常,处于安全可靠状态㊂参考文献[1] 张启伟.大型桥梁健康监测概念与监测系统设计[J ].同济大学学报(自然科学版),2001(1):65-69.[2] A l e s s a n d r oP e g o r e t t i .S t r u c t u r a lH e a l t h M o n i t o r i n g [M ].W a r r e n d a l e ,P e n n s y l v a n i a :S A EI n t e r n a t i o n a l ,2018.[3] 刘 斌.大跨度空间网格结构健康监测中传感器优化布置方法研究[D ].青岛:青岛理工大学,2018.[4] 刘 峰.青岛胶东国际机场健康监测系统设计与数据缺失修复数值模拟计算分析[D ].青岛:青岛理工大学,2019.[5] 李宏男,李东升.土木工程结构安全性评估㊁健康监测及诊断述评[J ].地震工程与工程振动,2002(3):82-90.[6] Y iT i n g h u a ,L i H o n g n a n ,Z h a n g X u d o n g .S e n s o rP l a c e m e n to n C a n t o n T o w e rf o r H e a l t h M o n i t o r i n g U s i n g A s y n -c h r o n o u s -c l i m b M o n k e y A l g o r i t h m [J ].S m a r tM a t e r i a l s a n dS t r u c t u r e s ,2012,21(12):1-12.[7] 杨秀龙,高永刚,展广治,等.小波分析在桥梁健康检测中的应用研究[J ].低温建筑技术,2014,36(11):67-69.[8] 殷栎淮,吴 凡.基于智能钢筋网络的结构健康监测[J ].低温建筑技术,2017,39(3):22-25.(上接第78页)力作用下,当喷射角度增大时,管片中部位置处均会形成一个较为稳定且连续的应力集中区,并随着喷射角度增加而逐渐减小;此外还发现,当喷射方向与井壁平行或垂直时,管片中部都不会出现喷涌现象㊂然而,若喷射方向与井壁呈一定夹角时,则可能会出现喷涌现象㊂6 总结与展望通过对富水层段的研究分析,提出了一些新的技术措施和建议㊂在富水地层中采用 掘进-支护-注浆加固 联合施工方法可以有效地防止涌砂问题发生并提高隧道安全性;同时也可避免因喷涌引起的地面沉降等不良后果㊂但是论文仅针对某一段富水砂岩地层进行了工程应用实践,其防控效果还有待进一步验证㊂参考文献[1] 刘 琦.富水砂层地铁施工的土压平衡式盾构机喷涌控制技术[J ].中国设备工程,2019(8):174-176.[2] 李 昌.富水砂层地铁施工中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术[J ].建筑技术开发,2018,45(22):28-29.[3] 朱海军,周明洋.富水砂层地铁施工中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术[J ].建筑施工,2018,40(1):100-102.[4] 宁小平.富水地层土压平衡盾构防喷涌施工技术[J ].福建建材,2016(4):85-88.[5] 鲁 凤,庞培彦.浅谈土压平衡盾构机防喷涌的方法[J ].城市建设理论研究(电子版),2018(8):120-121.69建材世界 2023年 第44卷 第3期Copyright ©博看网. 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专利名称：一种防止盾构螺旋机喷涌的保压泵装置专利类型：实用新型专利
发明人：温法庆,赵广资,冯宏占,詹涛,张烨
申请号：CN201620477515.5
申请日：20160523
公开号：CN205778895U
公开日：
20161207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开一种防止盾构螺旋机喷涌的保压泵装置，包括：底座；电气控制系统；液压系统；用于输送渣土的渣土输送系统；为所述渣土输送系统和所述液压系统提供动力的动力系统；所述电气控制系统与所述动力系统、液压系统、渣土输送系统相连接，对各个系统进行控制；所述渣土输送系统由主油缸、水箱、渣土输送缸和料斗组成，所述渣土输送缸内设有渣土活塞，所述料斗内设有搅拌机构，所述料斗下方设有闸板阀，所述渣土输送系统通过Y字管与渣土输送管相连接。

本实用新型采用上述结构的防止盾构螺旋机喷涌的保压泵装置，在土压平衡盾构机施工过程中，能够有效控制螺旋机作业时泥水的压力，避免喷涌情况发生，保证掘进速度和施工安全。

申请人：中铁十八局集团第三工程有限公司,中铁十八局集团有限公司
地址：072750 河北省保定市涿州市冠云路中铁十八局集团第三工程有限公司
国籍：CN
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富水地层土压平衡盾构防喷涌控制措施摘要：土压平衡盾构机作为修筑隧道的主要工程机械，在富水地层施工过程时，螺旋输送机喷涌现象经常发生。

喷涌现象的机理和危害已多次经过学者和施工人员阐述，本文从盾构机的性能和施工措施两个方面，提出多项富水地层土压平衡盾构防喷涌控制措施，为土压盾构机的设计制造及施工提供借鉴的意义。

关键词：土压平衡盾构、富水地层、防喷涌前言：盾构机作为一种集土体开挖、土体输送、管片衬砌等功能为一体的隧道施工机械，土压平衡盾构机因具备施工简单、适应地层范围广、对场地面积需求少、施工成本相对低等优点，成为国内外城市地铁隧道、市政、水利隧道建设的首选。

其主要由盾壳、刀盘、推进油缸、螺旋输送机、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。

刀盘与后面的承压隔板所形成的空间为土舱，施工时，刀盘旋转开挖下来的渣土充满土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间。

推进油缸的推力通过承压隔板传递到压力舱内的渣土上，由渣土的压力作用于开挖面，以平衡开挖面上的地下水压和土压，从而保持开挖面的稳定，此为土压平衡盾构施工的基本原理。

若盾构机在掘进过程中，渣土以塑性流动状态随螺旋输送机连续排出，此时盾构机的土压平衡为动态平衡。

若排土口处的出渣速率不受控制，则动态平衡被打破，开挖面的稳定性难以保证。

图1 土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机在富水、渗透性大的地层中施工时，经常遇到喷涌现象。

喷涌的发生不但影响正常施工排土和土舱压力的控制，严重时会过多的将开挖面和管片四周的土、砂带出，造成地表沉降、塌陷，管片漏水等施工事故[1]。

对于喷涌的机理，在参考文献2，朱伟等学者建立了盾构机内水压力递减模型，基于模型推导了水压力和流量的变化关系来用于解释喷涌发生的机理，提出了发生喷涌的两个边界条件，对于影响喷涌的5个参数：土体的渗透系数、土舱长度、螺旋输送机长度、土舱和螺旋输送机直径进行了敏感性分析。

参考文献3，朱海军等依据武汉地铁某区间隧道，借鉴地基渗流破坏机理建立了喷涌发生的渗流模型，并通过理论分析得到喷涌发生的主要因素，同时对喷涌发生的实际条件进行了验算。

盾构机螺旋机防止喷涌的改造作者：徐明来源：《中国科技博览》2016年第04期[摘要]本文重点介绍了地铁施工用土压平衡式盾构机中广泛使用螺旋输送机作为出渣土，当螺旋输送机特殊情况下螺旋体排土通道堵塞，需要排堵时，通过设在螺旋输送机上的排堵口进行检查排堵的防喷涌后备应急措施。

设计改造螺旋机排堵口新型盖板是为了保证突发意外时螺旋机排堵口能安全顺利地封闭的保障措施。

[关键词]盾构螺旋机排堵口防喷涌新型盖板改造中图分类号：G714 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0285-02一. 概述地铁施工用土压平衡式盾构机中广泛使用螺旋输送机作为出渣土，螺旋输送机结构形式一般有轴式和带式。

在内地东部大多数工程实际中，多采用对止水性更为有利的有轴螺旋机，出土口在螺旋机尾部设置了二道闸门。

螺旋输送机由3台液压马达驱动，采用2台变量泵供油，易于变速，耐冲击。

根据需要配置螺旋机的最大输出扭矩、最大转速和理论出土能力。

螺旋输送机结构目前按照螺旋体能否轴向移动分为固定式和可伸缩式：1、固定式螺旋输送机的外壳采用钢制圆筒状分段设计，螺旋体与外壳筒体不可以轴向移动，这种配置适用于地质状况良好不可能有流沙涌水的环境；否则，必须对螺旋机及土仓进土口进行安全性改造；2、可伸缩式螺旋机螺旋体相对于外壳筒体可以轴向移动，筒体最前端焊接在盾构机前体下部，后面的筒体由两个外径为700-800mm的筒体套接而成，两筒体之间用液压油缸相连，可以相互伸缩，带动螺旋体把其深入盾构机土仓的部分缩回；螺旋输送机在土仓进土口设有2个可开闭闸门，当螺旋输送机特殊情况下螺旋体排土通道堵塞，需要排堵时，伸长螺旋输送机连接油缸，回缩螺旋输送叶片，然后关闭土仓中2个可开闭闸门，液压进土闸门把螺旋输送机进土口关闭，确保土仓中的土压不会失稳。

然后通过设在螺旋输送机上的排堵口进行排堵。

螺旋机的出土口设置有两道闸门，在涌水较多的场合，可以通过先将第1道闸门关闭，第2道闸门开启将碴土存放在出口处，然后将将第2道闸门关闭，第1道闸门开启，把碴土排放出；在螺旋机钢制筒体的前中后一般开有3个维修门作为排堵口，设计目的为方便工作人员对螺旋机的维修和障碍物的排除排堵。

盾构施工专利连载1：一种新型土压平衡盾构机及工作方法土压平衡盾构由于可压缩空间较小，导致地表沉降控制精度低于带气垫舱的泥水平衡盾构，本发明在土压平衡盾构基础上创新设计泥土舱，并采用平行皮带运输，土压平衡盾构可压缩空间提升，土舱压力控制更精准。

今天是除夕，祝大家春节快乐、万事如意、心想事成、财源广进。

技术领域本发明涉及土压平衡盾构机，特别涉及一种土压平衡盾构与泥水平衡盾构优点相结合的新型土压平衡盾构机及工作方法。

背景技术现今盾构施工主要采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构。

采用土压平衡盾构施工优点是工作井占地小、设备成本和施工成本低、施工进度快等；缺点是土舱压力控制精准度不高，有时施工过后地表沉降大，地层水丰富时容易造成喷涌，导致盾构无法正常掘进等。

因此，土压平衡盾构一般用于中小直径的、地下水不太丰富的、地表沉降要求一般的隧道施工中。

地铁施工中大都采用土压平衡盾构。

采用泥水平衡盾构施工优点是其土舱压力采用气压控制，压力控制精准，施工中地表沉降小，由于土舱与泥浆管连接不会造成喷涌等；缺点是工作井上泥水分离系统占地面积大、盾构设备成本高、施工用电量大、施工进度受泥浆分离系统能力高低影响等。

因此，泥水平衡盾构一般用于大中直径的、地下水丰富的、地表沉降要求非常高的隧道施工中。

大直径盾构、下穿江河施工中大都采用泥水平衡盾构。

但现今城市隧道施工地表及穿越重要建（构）筑物沉降要求越来越高，大直径盾构越来越多地应用于城市隧道，但泥水平衡盾构施工又无法在城市中找到合适面积的工作井施工场地。

这就迫切需要设计一种盾构机（既有土压平衡盾构工作井占地面积小、施工进度快、施工成本低，又有泥水平衡盾构土舱压力控制精准、地表及建筑物沉降小的优点）来适用于要求越来越高的城市隧道施工。

发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种新型土压平衡盾构及工作方法，设置泥土舱和气垫舱，并通过搅拌棒搅拌，综合了现今土压平衡盾构和泥水平衡盾构的优点，适用于城市隧道施工。

土压平衡盾构机螺旋喷涌简析摘要：土压平衡盾构施工过程中，遇到高水头、强透水层时，易出现喷涌现象，致使无法出渣及合理控制土压力，导致盾构无法施工。

本文通过对螺旋喷涌机理的分析，探讨了土压平衡盾构在含水地层如何解决喷涌问题。

并通过实际工程案例介绍应对措施，为如何克服及避免螺旋喷涌提供了理论依据。

关键词：土压平衡盾构；高水压；螺旋喷涌随着地下空间的不断发展，土压平衡盾构施工技术以其占地面积小、安全性高、施工速度快、对环境影响小等特点被广泛应用于隧道施工。

但当隧道施工遇到地层中含水量大、渗水系数大、地下水压大的地层时，易发生大量地下水带动开挖面及压力舱内土体一起从螺旋涌出，发生所谓的喷涌现象，这一现象的发生往往会造成开挖面支护压力失控，使盾构机无法掘进。

本文将根据南京莫愁变110kV施工情况讨论土压平衡盾构如何解决土压平衡盾构机螺旋喷涌问题。

1.工程概况220kV莫愁变～宁海路变电缆线路工程，位于南京鼓楼区，隧道先后下穿秦淮河、石头城公园、明城墙、国防园、虎踞路、清凉山公园后，交于虎踞关路，盾构隧道全长1284m。

施工地质情况复杂：依次穿越软土层、夹砂交互层土、风化岩层，采用深层穿越方案，同时由于施工场地狭长，确定采用土压平衡盾构进行施工。

本工程掘进线路基岩裂隙水主要赋存于强风化岩层的风化裂隙和中等风化岩层的构造裂隙中，在降雨后岩体地下水向四周排泄，在山坡出溢。

盾构段线路穿越区地形东高西低，地下水总体上向秦淮河排泄。

正常情况下隧洞洞顶水压力值约11～27m。

由于该工程基岩裂隙水来源多方向，水量大，在盾构施工时易发生螺旋喷涌现象。

所以如何预防喷涌，保证盾构正常施工，成为本工程的主要攻克目标。

2.土压平衡盾构螺旋喷涌机理、分析及解决方法2.1土压平衡盾构施工原理土压平衡：由刀盘切削下来的土体进入土舱，经泡沫、膨润土等改良剂改良，通过搅拌棒搅拌形成流塑态土体。

流塑态土体充满密封土舱和螺旋输送机。

开挖面处地下水压力与开挖面处的土压力，通过调节螺旋输送机调节渣土排除土仓的量及速度，保持土仓内的土压力平衡，从而保证开挖面稳定，防止地面下沉，如下图所示。

专利名称：土压平衡盾构机刀盘土仓喷水装置专利类型：实用新型专利
发明人：赵茜,卓兴建,郑康泰,张家年
申请号：CN201520174131.1
申请日：20150326
公开号：CN204552752U
公开日：
20150812
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种土压平衡盾构机刀盘土仓喷水装置，包括底座、被动搅拌棒和两路喷水管路，两路喷水管路一端固定在驱动中心隔板上，另一端与高压水源连接；所述被动搅拌棒一端通过底座与驱动中心隔板固定连接，并与喷水管路一连通，该被动搅拌棒的另一端设有喷水孔；喷水管路二通过钢管固定在驱动中心隔板上，钢管内设有喷嘴，喷嘴一侧通过变接环与喷水管路二连通，所述喷嘴另一侧设有橡胶垫片，所述橡胶垫片通过压环和紧固件安装在喷嘴侧面上，橡胶垫片上设有可通过高压水开启的十字开口。

本实用新型位于驱动中心隔板上，共设有两路喷水管路，可直接连接高压水冲刷，对土仓内的渣土进行冲刷，防止土仓泥饼生成。

申请人：中铁工程装备集团有限公司
地址：450000 河南省郑州市经济开发区第六大街99号
国籍：CN
代理机构：郑州大通专利商标代理有限公司
代理人：陈大通
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专利名称：一种用于土压平衡盾构土渣输送的螺旋输送机专利类型：发明专利
发明人：薛锦,冯志鹏,任丽娜,杨承璋,赵雅琨,庞培彦,翟国强申请号：CN202110116607.6
申请日：20210128
公开号：CN112727492A
公开日：
20210430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种用于土压平衡盾构土渣输送的螺旋输送机，包括螺旋轴及筒体，所述螺旋轴同轴地穿设于所述筒体的内部，所述筒体的第一端呈开放状形成入口，靠近所述入口处的所述筒体的内壁与所述螺旋轴的叶片之间设有切磨组件。

本发明提供的用于土压平衡盾构土渣输送的螺旋输送机，通过在靠近入口处的筒体的内壁与螺旋轴的叶片之间设有切磨组件，能将进入螺旋输送机的内部的较长的塑料排水管剪断成多段具有较短长度的塑料排水管，从而避免因塑料排水管导致的堵塞螺旋输送机、加剧螺旋输送机的磨损、严重影响螺旋输送机的输送效率等问题。

申请人：中铁工程装备集团有限公司
地址：450016 河南省郑州市经济技术开发区第六大街99号
国籍：CN
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
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螺旋输送机防喷涌设计介绍及喷涌故障应对措施
王建刚;韦丹;续长明;于丕杰
【期刊名称】《科技与企业》
【年(卷),期】2014(000)001
【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。

【总页数】1页(P282-282)
【作者】王建刚;韦丹;续长明;于丕杰
【作者单位】北方重工集团有限公司盾构机分公司沈阳 110141;北方重工集团有限公司盾构机分公司沈阳 110141;北方重工集团有限公司盾构机分公司沈阳110141;北方重工集团有限公司盾构机分公司沈阳 110141
【正文语种】中文
【相关文献】
1.土压平衡盾构穿越富水砂层双螺旋输送机控制喷涌技术探讨
2.双螺旋输送器与喷涌的有效预防和处理
3.隧道施工盾构螺旋机喷涌应对措施
4.开发济西停采东部确保名泉常年喷涌--关于恢复名泉正常喷涌若干措施的建议
5.土压平衡盾构加气排水防喷涌技术研究
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