[发明专利]一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置

说明书

本发明提供了一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其包括用于与螺旋输送机的出渣口连接的缓冲管段，缓冲管段包括多节依次可拆卸连接的出渣管，出渣管内设有若干缓冲叶片。解决了现有技术中渣土从出渣口高速喷出，不能被集渣设备收集而溅落在管片衬砌内部，污染施工环境的问题。若干缓冲叶片将出渣管内部空间分割为若干部分。一方面，使得高速喷出的流体冲击在缓冲叶片上产生减速效果。另一方面，缓冲叶片对管道内部空间的分割延长了渣土行进至皮带机或集渣设备的距离，在盾构内部有限的空间中获得更长的流动空间进一步减缓了渣土在出渣口位置的终末速度。

技术领域

本发明涉及盾构施工设备领域，特别是涉及一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置。

背景技术

由于城市人口快速增长，地表可用面积日益减少，城市交通拥堵问题已经成为了我国亟待解决的问题之一。此外，随着近年来经济的快速发展和隧道施工技术的提升，越来越多的城市选择地下铁路作为城市交通出行的方式。在地铁建设过程中，盾构法以其掘进速度快，施工自动化程度高、安全性好等优势获得了广泛的应用。为了同时保证盾构机在软弱地层掘进的安全性和硬岩隧道的掘进速度，土压和TBM双模式盾构投入应用。然而随着盾构法施工的不断推进，盾构施工期间的问题也逐渐凸显，当隧道穿越富水地层时，受水压力的作用土仓内的土体会和地下水混合在螺机尾部喷出，造成盾构喷涌病害。

当发生严重的喷涌病害时，大量的渣土从土仓内涌出，造成土仓内土压力波动。有可能导致掌子面失稳引起塌陷及地表塌陷等现象，对人民的生命和财产安全造成威胁。而螺旋输送机尾部出现的偶发小型喷涌则会导致渣土从出渣口高速喷出，不能被集渣设备收集而溅落在管片衬砌内部，污染施工环境。当溅落物内部的土石渣沉淀后将难以被盾尾真空泵吸起，需要采用人工清理的方式清除由喷涌导致的溅落渣土，以保证盾尾清洁并为管片拼装提供空间。在实际施工过程中由喷涌导致的清盾尾工序占用了大量的时间部分情况可能需要5个小时以上极大的降低了盾构掘进效率，因此必须对富水地层螺旋输送机盾尾喷涌问题进行研究。

目前采用的防喷涌措施主要包括通过高分子聚合物材料对掌子面的渣土进行改良提升其和易性，以及在螺旋输送机尾部加装防喷涌装置，其包括控制螺旋输送机出渣口的开口大小和密封设备。然而这些方式还存在以下不足：

1.通过渣土改良技术对掌子面前方土体进行改良使得其具有更好的流动性和抗离析性，虽然能够减少螺旋输送机开口处发生喷涌的概率，然而渣土改良效果不易在施工过程中进行观察验证，如果渣土改良措施未达到理想的效果而导致喷涌无法及时处理。

2.盾构隧道在施工过程中充满各种不确定性，对于渣土改良措施而言，掘进时很可能会发生泡沫、膨润土泵送管堵管等病害，导致盾构前方的渣土不能得到及时改良，进而在螺旋输送机开口处引发喷涌。此外，渣土改良过程中采用的泡沫剂和膨润土成本较高，如果期望获得更好的效果则施工成本将发生进一步的提升，如何平衡渣土改良成本和施工安全性之间的关系有待进一步的研究。

3.现有的采用机械密封设备防治渣土喷涌的思路难以解决如何针对喷涌出的渣土进行降压减速的问题，螺机口的高压水体若与密封装置出口位置的水体发生连通会导致此处水体的压力与隧道掌子面位置的水压力相等。螺旋输送机开口位置高速喷涌处的水体在密封装置的出口位置流速仍然较高，这会削弱密封设备防治喷涌的效果。

4.目前很多螺旋输送机开口部位的密封防喷涌装置为焊接制备的永久设备，安装拆卸困难。特别是在需要对设备进行检修和清理时难以将其拆除。当双模盾构位于围岩条件较好的位置或处于TBM掘进模式时，密封装置可能反而影响隧道的掘进效率，需要予以拆除。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，解决了现有技术中渣土从出渣口高速喷出，不能被集渣设备收集而溅落在管片衬砌内部，污染施工环境的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：