雙節螺旋機在土壓平衡盾構機上的應用

李夢嬌（秦皇島天業通聯重工股份有限公司，河北秦皇島　066000）

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雙節螺旋機在土壓平衡盾構機上的應用

李夢嬌
（秦皇島天業通聯重工股份有限公司，河北秦皇島066000）

【摘 要】介紹了一種應用于土壓平衡式隧道掘進機的渣土排送裝置，文章對雙節螺旋機的結構組成、工作原理及其特點、渣土排送能力等方面進行了詳細的描述。實踐表明，文章闡述的雙節螺旋機完全可滿足土壓平衡式隧道掘進機在高壓富水地層的隧道施工要求，并且相對于原有盾構機的單節螺旋機結構，在高壓富水地質條件下更具有極高的可靠性及運轉平穩等優點，從而保證工程順利施工。

【關鍵詞】土壓平衡盾構機螺旋機雙節高壓富水

土壓平衡盾構機，全名全斷面隧道掘進土壓平衡盾構機，是一種專用于隧道工程建設的隧道掘進工程機械。現代盾構機基本具備開挖切削土體、渣土輸送、管片襯砌、自動導向等功能。根據不同的地質條件進行具體設計制造，因其高效、可靠性能高，被廣泛應用于城市軌道、水利水電、鐵路、城市共同溝等各種隧道施工建設工程中。

螺旋機是穩定土壓平衡盾構機土壓平衡的重要結構之一，能保持填充在壓力土倉內的渣土壓力，同時可調節渣土排放量，以便達到平衡開挖面的土壓力和水壓力。螺旋機作為土壓平衡式盾構機的重要部件，其作用是：

（1）排渣：是盾構機掘進排除渣土的唯一通道。

（2）土壓平衡：通過渣土在螺旋機內形成土塞作用，建立前方土倉的壓力，維持掌子面的壓力平衡。

本文對雙節螺旋機在高壓富水地層施工的土壓平衡盾構機上的應用進行闡述。

1　雙節螺旋機的結構組成及特點

雙節螺旋機的主要結構包括：1號螺旋機前閘門、1號螺旋機主體、1號螺旋機葉片、1號螺旋機滑動支撐結構、1號螺旋機伸縮機構、1號螺旋機馬達、1號螺旋機驅動、過渡閘門、2號螺旋機主體、2號螺旋機葉片、2號螺旋機滑動機構、2號螺旋機馬達、2號螺旋機驅動、出土閘門、排土口等（見圖1）。

（1）通常情況下，一臺土壓平衡盾構機中只安裝一節螺旋機，但是在高壓富水地層采用土壓平衡盾構機施工，僅一節螺旋機不能很好控制土倉內水土壓力，利用雙節螺旋機可以解決土壓平衡式盾構機的土壓平衡問題。

（2）根據達西定律，水在單位時間內通過多孔介質的滲流量與滲流路徑的長度成反比，加長螺旋機可以降低噴涌風險，但由于盾構機在地下施工螺旋機的長度受限，故在高壓富水地層采用雙節螺旋機。

（3）雙節螺旋機應用在土壓平衡盾構機上，這種設計在一定程度上能夠更好的控制土倉內水土壓力，但這種設計延長了渣土的運行路徑，加劇了螺旋機的磨損。在螺旋機的筒體和葉片上增加耐磨裝置，增加螺旋機的耐磨程度，同時做好土體改良工作，在螺旋機的筒體上增加注入點，減少渣土對螺旋機的磨損。

（4）雙節螺旋機在設計上采用了多閘門設計，在緊急情況下可以通過電氣控制將多個閘門同時關閉，處理噴涌等緊急情況。

2　雙節螺旋機工作原理

（1）盾構機掘進時，刀盤切削下來的渣土利用螺旋機將渣土排送出去，也是渣土排放的唯一通道。

（2）螺旋機通過液壓馬達帶動減速機驅動螺旋機旋轉，螺旋機的轉速可在一定范圍內調節，從而控制渣土排放量。調節螺旋機的出渣土速度是控制土倉內水土壓力的重要方法之一。

（3）渣土在螺旋機內形成密封的土塞，阻止土倉內的水土自由流出，以保證土倉內的土壓穩定。

（4）渣土進入螺旋機后，通過自身的重力和與螺旋機筒體、葉片間的摩擦來抵抗土倉中的水土壓力，保證排渣土的過程中安全平穩。

3　雙節螺旋機的排土能力

在土壓平衡盾構機施工中，螺旋機不僅擔負著渣土運輸，而且還具有控制土倉內水土壓力的作用，從而維持盾構機開挖面的土壓平衡。雙節螺旋機的排土能力與雙節螺旋機的安裝角度、螺旋機內渣土性質、排土量等因素相關。

雙節螺旋機的基本參數包括螺旋機的筒徑D、螺桿直徑d、盾構機最大開挖速度v、螺距L、螺旋機充滿系數α。

雙節螺旋機輸送的實際出土能力q1可用下面公式計算：

只有雙節螺旋機的實際排土能力q1大于盾構機的理論出土能力q時，才能滿足盾構機的最大開挖速度v。

4　結語

相比較而言，雙節螺旋機在高壓富水地層中應用到盾構機上，可以很好的解決高壓富水地層水土壓力難以控制的問題。保證土壓平衡盾構機的順利施工。

參考文獻：

［1］黃威然，楊書江.砂與砂礫地層盾構工程技術［M］.中國建筑工業出版社，2013.

［2］洪開榮，陳韶章.復合地層盾構機設計概論［M］.人民交通出版社，2010.

作者簡介：李夢嬌（1987—），女，漢族，河北秦皇島人，秦皇島天業通聯重工股份有限公司機械工程師，本科，研究方向：機械工程及隧道掘進設備。