螺旋输送机喷涌的成因及预防措施研究

2018-02-08 15:39:45 鼎泰机械
  螺旋输送机介绍:
螺旋输送机
 
  螺旋输送机是土压平衡盾构机重要部件,作用有二个:
 
  一是掘进中碴土排放的通道;二是掘进时螺旋机内形成土塞建立前方土仓的压力。螺旋输送机分为有中心轴和无中心轴二种,我项目使用的为有中心轴,为了更好的在螺旋机内形成土塞,减少喷涌的发生,在螺带中部有一段螺带不连续,使碴土在此段得到适当的压缩,增加土仓的密封效果。
 
  螺旋输送机外侧直径为900㎜,速度范围(无级变速)0~22r/min,最大扭矩215Knm,输送能力300m3/h。
 
  螺旋输送机前端即土仓里设置了一对闸门,在需要时,可将螺旋输送机体前后伸缩,关闭闸门,使盾构机与开挖面彻底分离。如图。
 
  按照顺序,螺旋输送机收缩并闸门关闭过程。
 
  即使在突然断面的情况下,盾构机上储存的电量也足以将闸门关闭。
 
  喷涌的害处:
 
  螺旋输送机发生喷涌时,大量高压泥浆从出土口喷射出来,喷射泥浆能把盾体上的管线全部污染(车架连接处),滴流下来的泥浆汇到盾构机下部,会淹没下部管片,造成管片拼装困难。这种情况下,工作人员不得不停下正常施工去清理泥巴,影响进度。
 
  大量地下水喷涌而出,时间长了会使掌子面与地层水系连通,地下水大量流失造成地表下沉,甚至建筑物下沉。如果不采取措施风险程度会非常可怕。
 
  螺旋输送机喷涌形成的环境:
 
  为什么会喷涌呢?经过长时间的现场实践,也参考了许多资料,总结如下。
 
  1、富水地层引发喷涌。如果隧道断面处于复合地层中,断面上部是粉质粘土,下部为强风化围岩、中风化围岩,或者三种地层错纵交叉,那么地层交界处往往地下水丰富。在开挖时虽然减少泡沫用量,但是因为每开挖一环要用1个小时以上,所以喷涌不可避免。
 
  2、富水断裂带引发喷涌。我们项目没有发生这种情况,但是可想而知,隧道被丰富的地下水包围,而且地质上裂隙发育,肯定会喷涌。
 
  3、江河下隔水层被击穿引发喷涌。盾构工作面处于江河下面,或者下穿河道要十分小心,我们临标上海某公司盾构机穿越“秦淮河”,据了解也采取了多方面措施,比如:更换盾尾刷,使用外国进口“康达特”盾尾油脂,双液浆封堵管片后面通道,海绵条堵缝隙、储备抢险物资等。
 
  4、隧道尾部渗流水汇入掌子面引发喷涌。隧道处于自立性较高的围岩中,好处是地层稳定不容易下沉,但是如果因此而忽视了注浆量,注浆不密实或者二次注浆没有起到补足的作用,地下水会沿着管片外壁由后向前流动,当大量的地下水流入掌子面时,在土仓内形成较大的水压力,开仓出碴时当然会喷涌。如果处于砂质土中更要小心,大量喷涌带出细砂使地层中存在空洞,如果没有发现或者不重视,轻者会造成地表下沉超限,重者可能会大面积坍塌。
 
  5、在粘土地层中喷涌。在粘土地层中,如果没有合理使用泡沫剂,或者刀盘的转速慢而推进快,碴土不能均匀打散成粘稠状,在土仓内会结成泥饼。结泥饼后的土仓空间被挤压,刀盘带着大块的泥饼转动使机械加大了推力,吃力地向前走。掌子面的碴土要出来,被泥饼阻住出不来,越结越多越结越硬,粘土地层一般含水量是饱和状的,地下水越聚越多,当打开螺旋输送机阀门时喷涌发生。我们施工右线到K7+200附近时,换刀时发现土仓内有结泥饼现象,增加了刀具的磨损程度。
 
  螺旋输送机喷涌的防治措施:
 
  在富水地层掘进,地下水含量较大,可以在盾构机掘进参数上合理调整。比如:掘进时向土仓加入膨润土,刀盘转速加大,推进速度减慢,使膨润土与碴土多搅拌一会,形成和易性较好的粘稠状碴土,会不同程度减轻“土是土、水是水”的现象,减少喷涌。
 
  在自立性较好的中风化围岩中掘进,根据注浆压力合理调整注浆量,补充措施是二次注浆,水泥—水玻璃双液浆起到阻止地下水形成通道的作用。另外可以采取在管片注浆孔上打孔放水的方法,掌子面水压力减小了喷涌也就减少了。
 
  防止在粉质粘土地层中结成泥饼。主要是合理使用发泡剂,怎么样使用才是合理的呢?从实际经验中发现,没有一个固定的数字是万能的,随着地质的千变万化,发泡剂的用量、水的比例、使用孔数及位置、总的流量也随时调整。通过视频观察螺旋输送器出碴口,如果碴土比较粘稠,就算合理。
 
  总结:
 
  在施工过程中,螺旋输送机喷涌发生机率较高,主要发生在富水段、断面处于地层交界地段、停机时间较长时。
 
  喷涌造成出碴量大,一列车出不完,影响了每一环的开挖进度;喷涌污染了施工环境,造成了人力的付出;喷涌造成地下水流失,监控量测工作要及时反馈信息,增加注浆量。