双节螺旋机在土压平衡盾构机上的应用

李梦娇（秦皇岛天业通联重工股份有限公司，河北秦皇岛　066000）



双节螺旋机在土压平衡盾构机上的应用

李梦娇
（秦皇岛天业通联重工股份有限公司，河北秦皇岛066000）

【摘 要】介绍了一种应用于土压平衡式隧道掘进机的渣土排送装置，文章对双节螺旋机的结构组成、工作原理及其特点、渣土排送能力等方面进行了详细的描述。实践表明，文章阐述的双节螺旋机完全可满足土压平衡式隧道掘进机在高压富水地层的隧道施工要求，并且相对于原有盾构机的单节螺旋机结构，在高压富水地质条件下更具有极高的可靠性及运转平稳等优点，从而保证工程顺利施工。

【关键词】土压平衡盾构机螺旋机双节高压富水

土压平衡盾构机，全名全断面隧道掘进土压平衡盾构机，是一种专用于隧道工程建设的隧道掘进工程机械。现代盾构机基本具备开挖切削土体、渣土输送、管片衬砌、自动导向等功能。根据不同的地质条件进行具体设计制造，因其高效、可靠性能高，被广泛应用于城市轨道、水利水电、铁路、城市共同沟等各种隧道施工建设工程中。

螺旋机是稳定土压平衡盾构机土压平衡的重要结构之一，能保持填充在压力土仓内的渣土压力，同时可调节渣土排放量，以便达到平衡开挖面的土压力和水压力。螺旋机作为土压平衡式盾构机的重要部件，其作用是：

（1）排渣：是盾构机掘进排除渣土的唯一通道。

（2）土压平衡：通过渣土在螺旋机内形成土塞作用，建立前方土仓的压力，维持掌子面的压力平衡。

本文对双节螺旋机在高压富水地层施工的土压平衡盾构机上的应用进行阐述。

1　双节螺旋机的结构组成及特点

双节螺旋机的主要结构包括：1号螺旋机前闸门、1号螺旋机主体、1号螺旋机叶片、1号螺旋机滑动支撑结构、1号螺旋机伸缩机构、1号螺旋机马达、1号螺旋机驱动、过渡闸门、2号螺旋机主体、2号螺旋机叶片、2号螺旋机滑动机构、2号螺旋机马达、2号螺旋机驱动、出土闸门、排土口等（见图1）。

（1）通常情况下，一台土压平衡盾构机中只安装一节螺旋机，但是在高压富水地层采用土压平衡盾构机施工，仅一节螺旋机不能很好控制土仓内水土压力，利用双节螺旋机可以解决土压平衡式盾构机的土压平衡问题。

（2）根据达西定律，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径的长度成反比，加长螺旋机可以降低喷涌风险，但由于盾构机在地下施工螺旋机的长度受限，故在高压富水地层采用双节螺旋机。

（3）双节螺旋机应用在土压平衡盾构机上，这种设计在一定程度上能够更好的控制土仓内水土压力，但这种设计延长了渣土的运行路径，加剧了螺旋机的磨损。在螺旋机的筒体和叶片上增加耐磨装置，增加螺旋机的耐磨程度，同时做好土体改良工作，在螺旋机的筒体上增加注入点，减少渣土对螺旋机的磨损。

（4）双节螺旋机在设计上采用了多闸门设计，在紧急情况下可以通过电气控制将多个闸门同时关闭，处理喷涌等紧急情况。

2　双节螺旋机工作原理

（1）盾构机掘进时，刀盘切削下来的渣土利用螺旋机将渣土排送出去，也是渣土排放的唯一通道。

（2）螺旋机通过液压马达带动减速机驱动螺旋机旋转，螺旋机的转速可在一定范围内调节，从而控制渣土排放量。调节螺旋机的出渣土速度是控制土仓内水土压力的重要方法之一。

（3）渣土在螺旋机内形成密封的土塞，阻止土仓内的水土自由流出，以保证土仓内的土压稳定。

（4）渣土进入螺旋机后，通过自身的重力和与螺旋机筒体、叶片间的摩擦来抵抗土仓中的水土压力，保证排渣土的过程中安全平稳。

3　双节螺旋机的排土能力

在土压平衡盾构机施工中，螺旋机不仅担负着渣土运输，而且还具有控制土仓内水土压力的作用，从而维持盾构机开挖面的土压平衡。双节螺旋机的排土能力与双节螺旋机的安装角度、螺旋机内渣土性质、排土量等因素相关。

双节螺旋机的基本参数包括螺旋机的筒径D、螺杆直径d、盾构机最大开挖速度v、螺距L、螺旋机充满系数α。

双节螺旋机输送的实际出土能力q1可用下面公式计算：

只有双节螺旋机的实际排土能力q1大于盾构机的理论出土能力q时，才能满足盾构机的最大开挖速度v。

4　结语

相比较而言，双节螺旋机在高压富水地层中应用到盾构机上，可以很好的解决高压富水地层水土压力难以控制的问题。保证土压平衡盾构机的顺利施工。

参考文献：

［1］黄威然，杨书江.砂与砂砾地层盾构工程技术［M］.中国建筑工业出版社，2013.

［2］洪开荣，陈韶章.复合地层盾构机设计概论［M］.人民交通出版社，2010.

作者简介：李梦娇（1987—），女，汉族，河北秦皇岛人，秦皇岛天业通联重工股份有限公司机械工程师，本科，研究方向：机械工程及隧道掘进设备。