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。
技术实现要素：
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：
提供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。
进一步地，为了分割出渣管内部空间并提高渣土在出渣管内的滞留时间，以及对渣土进行最大化的减速，每个出渣管内至少设有两片缓冲叶片，所有缓冲叶片错位分布在出渣管相对的两侧。
进一步地，为了使渣土在重力作用下从出渣管流入收集槽内，其中一片缓冲叶片与出渣管的轴线垂直，相邻的另一片缓冲叶片与出渣管的轴线之间形成夹角α。相邻两片缓冲叶片之间形成渣土通过的倾斜通道，确保不堵塞出渣管。
进一步地，缓冲叶片包括缓冲平板，缓冲平板一端连接有与出渣管可拆卸连接的中间板，缓冲平板和中间板之间设有若干支撑肋板。改变缓冲平板与中间板之间的夹角，可改变夹角α的大小；由于在螺旋输送机尾部发生喷涌时，地下水压较高，渣土的流速较大，通过支撑肋板，提升了缓冲叶片的抗冲击性能；
进一步地，为了对缓冲减速后的渣土进行渣水分离，螺旋出土机防喷涌装置还包括设在缓冲管段出口下方的收集槽，收集槽内设有过滤网，且过滤网上方的收集槽侧面开设有滤渣出口，收集槽设有用于与盾尾真空泵连接的渣水出口。通过过滤网，将渣土与地下水进行分离；通过渣水出口，将地下水和细颗粒渣土排出；滤渣可从滤渣出口落入盾构机内部的皮带机上，不堵塞收集槽而导致渣土溢出，影响隧道的施工掘进。
进一步地，为了使过滤网上的滤渣可自动从滤渣出口滑落出去，过滤网与水平面之间的夹角为β。过滤网在空间中的位置呈一斜面，以便滤渣落入皮带机上。
进一步地，为了使分离后的地下水和细颗粒渣土自动从渣水出口流出，过滤网下方的收集槽部分呈漏斗状。
进一步地，在螺旋输送机高水压的条件下，为了防止地下水从管段接缝出流出，出渣管的数量为两个以上时，相邻两节出渣管之间设有止水胶环。
进一步地，可拆卸连接为螺栓连接。采用螺栓栓接的方式进行安装，呈现出模块化设计的特点，可以根据双模盾构的开挖和掘进方式快速的进行拼装拆除，以最大程度的适应地层。
本发明的有益效果为：
1、本方案的出渣管内设有若干缓冲叶片，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。此外，对出渣管道内部的分割能尽可能的保障管道内部的水体不与螺旋输送机及掌子面位置的地下水连通形成渗水通道，降低出渣口位置的水压力。
2、为了便于清洗出渣管和安装缓冲叶片，将缓冲管段分解成若干管段。当需要更换缓冲叶片或渣土在缓冲式出渣管内部发生堵管时，可以通过将缓冲管段分解，利用高压水枪清洗各管段及缓冲叶片，再将各出渣管拼接起来以恢复出渣。相邻两节出渣管之间为可拆卸连接，呈现出模块化和预制的特点，可以根据盾构施工地层和防喷涌等级快速进行安装和拆除，可对出渣管的数量进行改变。各出渣管内部的缓冲叶片数量也可以进行相应的调节以适应实际工程需求。
3、当盾构机掘进至含水量较小的稳定地层，或双模盾构转换至tbm掘进模式等不需要考虑螺旋输送机喷涌的问题时，可以通过移除螺旋输送机出渣口位置的出渣管道，或者移除出渣管道内部的缓冲叶片，防止缓冲渣土流速的设备影响出渣速度降低双模式盾构的掘进速率。
附图说明
图1为一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置的示意图。
图2为一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置的缓冲叶片正视图。
图3为一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置的缓冲叶片轴测图。
图4为一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置的缓冲管段连接处示意图。
图5为一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置的收集槽正视图。
其中，1、出渣管；2、缓冲叶片；201、缓冲平板；202、中间板；203、支撑肋板；3、收集槽；301、滤渣出口；4、过滤网；5、止水胶环。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图3所示，本方案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1，出渣管1的数量为两个以上时，相邻两节出渣管1之间设有止水胶环5。
本实施例的可拆卸连接为螺栓连接，当出渣管1的数量两个以上时，出渣管1两端均设有连接环，连接环上开设有若干螺纹通孔，通过螺纹通孔与螺栓配合实现两节出渣管1的连接。出渣管1数量根据对喷涌的控制要求确定，为了防止在出渣时可能发生的出渣管堵塞，并方便缓冲叶片的安装和拆除，出渣管段的长度应当适中而不应过长。两管段之间设置止水胶条，当螺栓拧紧后对该止水胶条施加压应力，即可起到止水作用。
如图1、图2和图3所示，出渣管1内设有若干缓冲叶片2，缓冲叶片2包括缓冲平板201，缓冲平板201一端连接有与出渣管1可拆卸连接的中间板202，缓冲平板201和中间板202之间设有均匀分布的三个支撑肋板203。
本实施例在出渣管1内部安装缓冲叶片2，缓冲叶片2能够对喷涌出的渣土进行减速，并增加其运动路径，其的角度应保证渣土能够在重力的作用下自然滑落，其间隙应大于螺旋输送机叶片之间的孔隙防止堵塞。中间板202通过螺栓与出渣管1可拆卸连接，且连接出渣管1和中间板202的螺栓上套设有止水胶条，螺栓拧紧后即可起到防水效果。
优选地，每个出渣管1内至少设有两片缓冲叶片2，所有缓冲叶片2错位分布在出渣管1相对的两侧。其中一片缓冲叶片2与出渣管1的轴线垂直，相邻的另一片缓冲叶片2与出渣管1的轴线之间形成夹角α。夹角α根据实际需求而定。同侧的缓冲叶片2从上到下依次与出渣管1垂直、形成夹角α、垂直、形成夹角α的分布规律。
如图1和图5(从滤渣出口301方向向收集槽3内观看)所示，螺旋出土机防喷涌装置还包括在缓冲管段出口下方的收集槽3，收集槽3内设有过滤网4，且过滤网4上方的收集槽3侧面开设有滤渣出口301，收集槽3设有用于与盾尾真空泵连接的渣水出口。过滤网4与水平面之间的夹角为β，使过滤网4倾斜分布，使得过滤后的滤渣在重力作用下可以自动滑落，而不会堵塞排渣口。过滤网4下方的收集槽3部分呈漏斗状，漏斗下部用于收集分离出的地下水，并通过与盾尾真空泵连接的排水管排出洞外。
本实施例的收集槽3上方为u形平板结构，u形平板结构的开口为滤渣出口，在特殊情况下可以封闭滤渣出口，使收集槽3形成密封结构直接作为渣土车使用。
1.一种基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，包括用于与螺旋输送机的出渣口连接的缓冲管段，所述缓冲管段包括多节依次可拆卸连接的出渣管(1)，所述出渣管(1)内设有若干缓冲叶片(2)。
2.根据权利要求1所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，每个所述出渣管(1)内至少设有两片缓冲叶片(2)，所有缓冲叶片(2)错位分布在出渣管(1)相对的两侧。
3.根据权利要求2所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，其中一片缓冲叶片(2)与出渣管(1)的轴线垂直，相邻的另一片缓冲叶片(2)与出渣管(1)的轴线之间形成夹角α。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，所述缓冲叶片(2)包括缓冲平板(201)，所述缓冲平板(201)一端连接有与出渣管(1)可拆卸连接的中间板(202)，所述缓冲平板(201)和中间板(202)之间设有若干支撑肋板(203)。
5.根据权利要求1所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，还包括设在缓冲管段出口下方的收集槽(3)，所述收集槽(3)内设有过滤网(4)，且所述过滤网(4)上方的收集槽(3)侧面开设有滤渣出口(301)，所述收集槽(3)设有用于与盾尾真空泵连接的渣水出口。
6.根据权利要求5所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，所述过滤网(4)与水平面之间的夹角为β。
7.根据权利要求5所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，所述过滤网(4)下方的收集槽(3)部分呈漏斗状。
8.根据权利要求1所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，所述出渣管(1)的数量为两个以上时，相邻两节出渣管(1)之间设有止水胶环(5)。
9.根据权利要求1所述的基于缓冲作用的螺旋出土机防喷涌装置，其特征在于，所述可拆卸连接为螺栓连接。
技术总结