一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法
阅读说明：本技术 一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法 (Method for preventing spiral conveyor of earth pressure balance shield machine from gushing ) 是由 黄春来 陈顺天 陈明才 庄官胜 王利伟 肖维志 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法,包括以下措施：措施一,在螺旋输送机的出渣口依次安装第一道闸门、第二道闸门、出渣导管、第三道闸门和溜渣漏斗；当盾构机在砂性土地层中掘进时,控制第一道闸门的开口度为10～20％,控制第二道闸门的开口度为30～40％,控制第三道闸门的开口度为50～60％；措施二,当采取措施一后螺旋输送机仍然出现喷涌时,向土仓内注入膨润土浆液进行渣土改良；措施三,当采取措施一、二后螺旋输送机仍然出现喷涌时,向土仓内缓慢注入高分子聚合物水溶液来增稠渣土。本发明的方法有利于连续出渣,减少螺旋输送机发生喷涌的机率,并能降低土仓压力的波动。(The invention discloses a method for preventing a spiral conveyor of an earth pressure balance shield machine from gushing, which comprises the following measures: firstly, a first gate, a second gate, a slag discharge conduit, a third gate and a slag chute hopper are sequentially arranged at a slag outlet of a screw conveyor; when the shield machine tunnels in a sandy soil stratum, controlling the opening degree of a first gate to be 10-20%, controlling the opening degree of a second gate to be 30-40% and controlling the opening degree of a third gate to be 50-60%; step two, when the screw conveyer still has gushing after the step one is adopted, injecting bentonite slurry into the soil bin to improve the residue soil; and step three, when the screw conveyer still generates gushing after the step one and the step two are adopted, high molecular polymer aqueous solution is slowly injected into the soil bin to thicken the muck. The method of the invention is beneficial to continuous slag discharge, reduces the gushing probability of the screw conveyor and can reduce the pressure fluctuation of the soil bin.)
技术领域
本发明涉及一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法。
背景技术
盾构机的液压马达驱动刀盘旋转，将开挖掌子面切削下来的渣土，从刀盘开口进入落到土仓的底部，通过螺旋输送机运送至出渣闸门，再排到皮带输送机上，皮带输送机将渣土卸到停在轨道上的渣斗车里,并运到洞外出渣口吊至地面倒入渣土坑。
土压平衡盾构机在施工时，若遇到基岩突起和全断面中风化岩层，软硬不均岩土过渡段裂隙水较为发育，会造成土仓内的含水量增加，上方土层极易受水浸泡扰动坍塌，导致土方超挖，下方硬岩切削高温喷涌，盾构推进过程中出现跳动异响，土压波动和滾刀偏磨。在软土和硬岩交接出现汇水区，螺旋输送机排出的渣土不能满足皮带粘黏输送，带出的渣土造成掌子面开挖无法控制，掘进过程容易出现掌子面失稳、水土流失和地表沉降，盾构机停止掘进出现螺旋输送机的出渣闸门喷水漏浆等现象，给盾构施工安全及生产进度带来极其不利的影响。针对螺旋输送机喷涌问题进行分析，发现主要原因在岩土过渡段裂隙水较为发育，掌子面浸泡坍塌超挖水土不均比例失调，上软下硬盾构机刀盘高温切削产生气流，土压升高流窜往螺旋输送机的出渣闸门渗漏，形成循环周影响土仓压力波动变化失稳。为了防止出现喷涌现象，盾构机厂家通常采用的办法是在螺旋输送机前端设置一道土仓闸门，后端安装两道出渣闸门。土仓闸门由两个闸板左右对开，开口由中间向两侧开启，优点明显占用的空间小，但是渣土流动不畅容易沉积在闸门处，而会塞进缝隙容易卡住土仓闸门开关。螺旋输送机出渣闸门在遇到喷涌时，喷涌的泥沙作用在出渣闸门的闸板上，形成出渣闸板的阻力增大无法正常关闭，容易造成喷涌超方甚至地面坍塌。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法，它有利于连续出渣，减少螺旋输送机发生喷涌的机率，并能降低土仓压力的波动。
本发明的目的是这样实现的：一种防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法，包括以下措施：
措施一，在螺旋输送机的出渣口依次安装第一道闸门、第二道闸门、出渣导管、第三道闸门和溜渣漏斗；其中，
所述出渣导管呈弧形且进口端与出口端之间的夹角为120°～160°；
所述第一道闸门、第二道闸门和第三道闸门的结构和尺寸均相同，且第一道闸门的开闸方向与皮带输送机的旋转方向相反，第二道闸门的开闸方向与皮带输送机的旋转方向相同，第三道闸门的开闸方向与第二道闸门的开闸方向相同；所述溜渣漏斗呈L形且进口端与出口端之间的夹角100°～130°；
当盾构机在且渗透性系数大于1×10-5cm/s的砂性土地层中掘进时，控制第一道闸门的开口度为10％～20％，控制第二道闸门的开口度为30％～40％，控制第三道闸门的开口度为50％～60％，使渣土在第一道闸门、第二道闸门、出渣导管、第三道闸门和溜渣漏斗中实现“弓”形流动后落到皮带输送机上；
措施二，当采取措施一后螺旋输送机仍然出现喷涌时，向土仓内注入膨润土浆液进行渣土改良；所述膨润土浆液的配比为：膨润土掺量为10％，纯碱掺量为5％，CMC掺量为5‰，膨润土浆液的粘度为100s；膨润土浆液的注入体积是土仓内的渣土体积的8～25％；
措施三，当采取措施一和措施二后螺旋输送机仍然出现喷涌时，向土仓内缓慢注入高分子聚合物水溶液来增稠渣土；所述高分子聚合物水溶液中聚丙烯酰胺的掺量比为1～2％；高分子聚合物水溶液的注入体积是土仓内的渣土体积的5～8％；
步骤四，当仅在螺旋输送机的第一道闸门、第二道闸门和第三道闸门开启的瞬间出现喷涌时，在螺旋输送机的筒体前端向螺旋输送机内缓慢注入高分子聚合物水溶液来增稠渣土；所述高分子聚合物水溶液中聚丙烯酰胺的掺量比为1～2％，高分子聚合物水溶液的注入体积是螺旋输送机内的渣土体积的5～8％。
上述的防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法，其中，所述砂性土地层中的粒径≤0.005mm的粘粒和粒径为0.005～0.075mm的粉粒总含量小于30％。
本发明的防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法具有以下特点：
1)通过在螺旋输送机的出渣口依次安装第一道闸门、第二道闸门、出渣导管、第三道闸门和溜渣漏斗，使渣土先经过第一道闸门和第二道闸门的缓冲后，接着经过弧形的出渣导管的缓冲减速，再流落到第三道闸门，经第三道闸门减速后再流到溜渣漏斗，最后经过溜渣漏斗的缓冲减速后落到皮带输送机上，减低喷涌几率；
2)通过向盾构机的土仓中添加膨润土浆液进行渣土改良，一是增加土仓内砂性渣土的细微颗粒含量，改善土体的颗粒级配，降低渗透性；二是发挥膨润土浆液的胶凝和悬浮性能，改善渣土的流动性，降低盾构机的刀盘扭矩和减少磨损；三是发挥膨润土浆液的可塑性和粘结性，增加渣土的内聚力和塑性；还能在掌子面上形成一定厚度的“泥膜”来强化掌子面地层；同时膨润土深入裂隙通道后，也可阻塞地下水渗流通道、减少掌子面来水；
3)作为出现喷涌情况下的应急渣土改良措施，当出渣闸门系统出现喷涌时，在土仓内注入少量高分子聚合物水溶液，通过土仓搅拌棒的搅拌后与渣土中的水分子结合发生絮凝作用生成絮团，提高渣土的粘稠度，增强渣土的塑性，有效防止喷涌发生。
4)有利于减少清理工作量，提高盾构机的掘进效率，降低施工成本。
附图说明
图1是本发明的防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法中采取的措施一中出渣闸门系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法，包括以下措施：
措施一，在螺旋输送机的出渣口设置出渣闸门系统，该出渣闸门系统包括依次安装的第一道闸门1、第二道闸门2、出渣导管3、第三道闸门4和溜渣漏斗5；出渣导管3呈弧形且进口端与出口端之间的夹角为120°～160°；
第一道闸门1、第二道闸门2和第三道闸门4的结构和尺寸均相同，且第一道闸门1的开闸方向与皮带输送机6的旋转方向相反，第二道闸门2的开闸方向与皮带输送机6的旋转方向相同，第三道闸门4的开闸方向与第二道闸门2的开闸方向相同；溜渣漏斗5呈L形且进口端与出口端之间的夹角100°～130°(见图1)；
当盾构机在且渗透性系数大于1×10-5cm/s的砂性土地层中掘进时，该砂性土地层中的粒径≤0.005mm的粘粒和粒径为0.005～0.075mm的粉粒总含量小于30％，控制第一道闸门1的开口度为10％～20％，控制第二道闸门2的开口度为30％～40％，控制第三道闸门4的开口度为50％～60％，使渣土在第一道闸门1、第二道闸门2、出渣导管3、第三道闸门4和溜渣漏斗5中实现“弓”形流动后落到皮带输送机6上；
措施二，当采取措施一后螺旋输送机仍然出现喷涌时，向土仓内注入膨润土浆液进行渣土改良；膨润土浆液的配比为：膨润土掺量为10％，纯碱掺量为5％，CMC掺量为5‰，膨润土浆液的粘度为100s；膨润土浆液的注入体积是土仓内的渣土体积的8～25％；
措施三，当采取措施一和措施二后螺旋输送机仍然出现喷涌时，向盾构机的土仓内缓慢注入高分子聚合物水溶液来增稠渣土；高分子聚合物水溶液中聚丙烯酰胺的掺量比为1～2％；高分子聚合物水溶液的注入体积是土仓内的渣土体积的5～8％；
措施四，当仅在螺旋输送机的第一道闸门、第二道闸门和第三道闸门开启的瞬间出现喷涌时，在螺旋输送机的筒体前端向螺旋输送机内缓慢注入高分子聚合物水溶液来增稠渣土；高分子聚合物水溶液中聚丙烯酰胺的掺量比为1～2％，高分子聚合物水溶液的注入体积是螺旋输送机内的渣土体积的5～8％。
当螺旋输送机的出渣口发生严重喷涌时，首先调整刀盘和螺旋输送机的转速，检查土仓压力并检测渣土温度，往前推进盾构机建立稳定掌子面，关闭第一道闸门1、第二道闸门2和第三道闸门4，分析螺旋输送机出渣口发生喷涌的原因，便于采取相关措施解决喷涌问题。根据地层结构和喷涌程度，及时改变掘进参数，控制土仓内的温度和压力，适量减少泡沫和空气注入量，逐渐保持土仓压力平衡稳定。
本发明的防止土压平衡盾构机的螺旋输送机喷涌的方法，具有以下特点：
1、通过在螺旋输送机的出渣口依次安装第一道闸门、第二道闸门、出渣导管、第三道闸门和溜渣漏斗，使渣土先经过第一道闸门和第二道闸门的缓冲后，接着经过弧形的出渣导管的缓冲减速，再流落到第三道闸门，经第三道闸门减速后再流到溜渣漏斗，最后经过溜渣漏斗的缓冲减速后落到皮带输送机上，减低喷涌几率。本发明的出渣闸门系统使渣土实现“弓”形流动，有效降低了渣土的流动速度，使螺旋输送机内的高压渣土能及时泄压，更好地控制盾构机的土仓压力，避免盾构机在掘进过程中发生喷涌现象，使盾构机能保持连续掘进；
2、通过向盾构机的土仓中添加膨润土浆液进行渣土改良，一是增加土仓内砂性渣土的细微颗粒含量，改善土体的颗粒级配，降低渗透性；二是发挥膨润土浆液的胶凝和悬浮性能，改善渣土的流动性，降低盾构机的刀盘扭矩和减少磨损；三是发挥膨润土浆液的可塑性和粘结性，增加渣土的内聚力和塑性；通过在掘进时向土仓内注入充分膨化后的膨润土浆液，在掌子面上形成一定厚度的“泥膜”来强化掌子面地层；同时膨润土深入裂隙通道后，也可阻塞地下水渗流通道、减少掌子面来水；
3、作为出现喷涌情况下的应急渣土改良措施，当闸门出现喷涌时，在土仓内注入少量高分子聚合物水溶液，通过土仓搅拌棒的搅拌后与渣土中的水分子结合发生絮凝作用生成絮团，提高渣土的粘稠度，增强渣土的塑性，有效防止喷涌发生。高分子聚合物具有较强的吸水膨胀能力并且可以增稠，还能起润滑作用。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
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