雙節(jié)螺旋機(jī)在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用

李夢(mèng)嬌（秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工股份有限公司，河北秦皇島　066000）

?

雙節(jié)螺旋機(jī)在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用

李夢(mèng)嬌
（秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工股份有限公司，河北秦皇島066000）

【摘 要】介紹了一種應(yīng)用于土壓平衡式隧道掘進(jìn)機(jī)的渣土排送裝置，文章對(duì)雙節(jié)螺旋機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及其特點(diǎn)、渣土排送能力等方面進(jìn)行了詳細(xì)的描述。實(shí)踐表明，文章闡述的雙節(jié)螺旋機(jī)完全可滿足土壓平衡式隧道掘進(jìn)機(jī)在高壓富水地層的隧道施工要求，并且相對(duì)于原有盾構(gòu)機(jī)的單節(jié)螺旋機(jī)結(jié)構(gòu)，在高壓富水地質(zhì)條件下更具有極高的可靠性及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，從而保證工程順利施工。

【關(guān)鍵詞】土壓平衡盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)雙節(jié)高壓富水

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，全名全斷面隧道掘進(jìn)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，是一種專用于隧道工程建設(shè)的隧道掘進(jìn)工程機(jī)械?，F(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)基本具備開(kāi)挖切削土體、渣土輸送、管片襯砌、自動(dòng)導(dǎo)向等功能。根據(jù)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行具體設(shè)計(jì)制造，因其高效、可靠性能高，被廣泛應(yīng)用于城市軌道、水利水電、鐵路、城市共同溝等各種隧道施工建設(shè)工程中。

螺旋機(jī)是穩(wěn)定土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡的重要結(jié)構(gòu)之一，能保持填充在壓力土倉(cāng)內(nèi)的渣土壓力，同時(shí)可調(diào)節(jié)渣土排放量，以便達(dá)到平衡開(kāi)挖面的土壓力和水壓力。螺旋機(jī)作為土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的重要部件，其作用是：

（1）排渣：是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)排除渣土的唯一通道。

（2）土壓平衡：通過(guò)渣土在螺旋機(jī)內(nèi)形成土塞作用，建立前方土倉(cāng)的壓力，維持掌子面的壓力平衡。

本文對(duì)雙節(jié)螺旋機(jī)在高壓富水地層施工的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1　雙節(jié)螺旋機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

雙節(jié)螺旋機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括：1號(hào)螺旋機(jī)前閘門(mén)、1號(hào)螺旋機(jī)主體、1號(hào)螺旋機(jī)葉片、1號(hào)螺旋機(jī)滑動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)、1號(hào)螺旋機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)、1號(hào)螺旋機(jī)馬達(dá)、1號(hào)螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)、過(guò)渡閘門(mén)、2號(hào)螺旋機(jī)主體、2號(hào)螺旋機(jī)葉片、2號(hào)螺旋機(jī)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)、2號(hào)螺旋機(jī)馬達(dá)、2號(hào)螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)、出土閘門(mén)、排土口等（見(jiàn)圖1）。

（1）通常情況下，一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)中只安裝一節(jié)螺旋機(jī)，但是在高壓富水地層采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，僅一節(jié)螺旋機(jī)不能很好控制土倉(cāng)內(nèi)水土壓力，利用雙節(jié)螺旋機(jī)可以解決土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的土壓平衡問(wèn)題。

（2）根據(jù)達(dá)西定律，水在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)多孔介質(zhì)的滲流量與滲流路徑的長(zhǎng)度成反比，加長(zhǎng)螺旋機(jī)可以降低噴涌風(fēng)險(xiǎn)，但由于盾構(gòu)機(jī)在地下施工螺旋機(jī)的長(zhǎng)度受限，故在高壓富水地層采用雙節(jié)螺旋機(jī)。

（3）雙節(jié)螺旋機(jī)應(yīng)用在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上，這種設(shè)計(jì)在一定程度上能夠更好的控制土倉(cāng)內(nèi)水土壓力，但這種設(shè)計(jì)延長(zhǎng)了渣土的運(yùn)行路徑，加劇了螺旋機(jī)的磨損。在螺旋機(jī)的筒體和葉片上增加耐磨裝置，增加螺旋機(jī)的耐磨程度，同時(shí)做好土體改良工作，在螺旋機(jī)的筒體上增加注入點(diǎn)，減少渣土對(duì)螺旋機(jī)的磨損。

（4）雙節(jié)螺旋機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了多閘門(mén)設(shè)計(jì)，在緊急情況下可以通過(guò)電氣控制將多個(gè)閘門(mén)同時(shí)關(guān)閉，處理噴涌等緊急情況。

2　雙節(jié)螺旋機(jī)工作原理

（1）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)切削下來(lái)的渣土利用螺旋機(jī)將渣土排送出去，也是渣土排放的唯一通道。

（2）螺旋機(jī)通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋機(jī)旋轉(zhuǎn)，螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而控制渣土排放量。調(diào)節(jié)螺旋機(jī)的出渣土速度是控制土倉(cāng)內(nèi)水土壓力的重要方法之一。

（3）渣土在螺旋機(jī)內(nèi)形成密封的土塞，阻止土倉(cāng)內(nèi)的水土自由流出，以保證土倉(cāng)內(nèi)的土壓穩(wěn)定。

（4）渣土進(jìn)入螺旋機(jī)后，通過(guò)自身的重力和與螺旋機(jī)筒體、葉片間的摩擦來(lái)抵抗土倉(cāng)中的水土壓力，保證排渣土的過(guò)程中安全平穩(wěn)。

3　雙節(jié)螺旋機(jī)的排土能力

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工中，螺旋機(jī)不僅擔(dān)負(fù)著渣土運(yùn)輸，而且還具有控制土倉(cāng)內(nèi)水土壓力的作用，從而維持盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面的土壓平衡。雙節(jié)螺旋機(jī)的排土能力與雙節(jié)螺旋機(jī)的安裝角度、螺旋機(jī)內(nèi)渣土性質(zhì)、排土量等因素相關(guān)。

雙節(jié)螺旋機(jī)的基本參數(shù)包括螺旋機(jī)的筒徑D、螺桿直徑d、盾構(gòu)機(jī)最大開(kāi)挖速度v、螺距L、螺旋機(jī)充滿系數(shù)α。

雙節(jié)螺旋機(jī)輸送的實(shí)際出土能力q1可用下面公式計(jì)算：

只有雙節(jié)螺旋機(jī)的實(shí)際排土能力q1大于盾構(gòu)機(jī)的理論出土能力q時(shí)，才能滿足盾構(gòu)機(jī)的最大開(kāi)挖速度v。

4　結(jié)語(yǔ)

相比較而言，雙節(jié)螺旋機(jī)在高壓富水地層中應(yīng)用到盾構(gòu)機(jī)上，可以很好的解決高壓富水地層水土壓力難以控制的問(wèn)題。保證土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的順利施工。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃威然，楊書(shū)江.砂與砂礫地層盾構(gòu)工程技術(shù)［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［2］洪開(kāi)榮，陳韶章.復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)概論［M］.人民交通出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：李夢(mèng)嬌（1987—），女，漢族，河北秦皇島人，秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工股份有限公司機(jī)械工程師，本科，研究方向：機(jī)械工程及隧道掘進(jìn)設(shè)備。