一种盾构机螺旋机防喷涌方法和装置

1.本发明涉及一种防喷涌方法和装置，更具体地说，涉及一种盾构机螺旋机防喷涌方法和装置。


背景技术：

2.随着国家城市化进程的不断推进，城市地铁建设进入快速发展的高潮期，地铁区间隧道主要采用盾构机进行挖掘施工，由于不同城市地质条件的区域性和复杂性特点，盾构法区间隧道的实际施工过程中也出现较多施工问题，盾构卡机、刀具非正常磨损、刀盘结泥饼、螺旋机喷涌、皮带机渣土倒流等均直接影响盾构隧道的正常施工。
3.螺旋机喷涌是盾构施工中出现频率较高的施工问题，其发生的主要原因在于土仓中的渣土未达到较好的稠度状态，渣土止水性较差，而土仓中涌入的地下水较多，便通过螺旋机向出土口喷涌，影响盾构机内正常操作施工，严重时可能会造成掘进面失稳和盾构机内部及隧道被淹的施工风险。
4.螺旋机喷涌的常规解决方法是进行渣土改良，在现有技术中，通常采用膨润土来改善渣土的稠度状态和止水性，然而，在某些特殊地质条件下，地下水水量大或带承压性，常规渣土改良方法将无法解决喷涌问题；而采用双螺旋机方案对盾构选型方案变更幅度太大，增加了制造成本，对于局部高富水情况，使用效率有限，且防喷涌效果受地质条件影响也同样具有较高不确定性，因此，对于局部高富水、大涌水量地层条件，需要通过更加针对性和有效性的方法和装置来进行盾构螺旋机喷涌的控制。


技术实现要素：

5.1.发明要解决的技术问题
6.本发明的目的旨在提供一种盾构机螺旋机防喷涌方法和装置，以解决局部高富水、大涌水量地层采用常规渣土改良方法无法有效控制螺旋机喷涌，而采用双螺旋机结构设计又不经济的问题，采用本发明的技术方案，在采用渣土改良剂对渣土的稠度状态进行改善的基础上，进一步根据螺旋机出土口处的水压采用液氮对渣土进行针对性冻结改良，从而使螺旋机筒体出土口出来的渣土具有合适的状态，有效防止地下水通过螺旋机筒体在出土口处喷涌，具有方法简单易行、防喷涌效果可靠、针对性和有效性强、以及装置结构紧凑、操作方便、经济性好等优点。
7.2.技术方案
8.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
9.本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，在盾构机土仓的螺旋机进土口处注入渣土改良剂，以改善进入螺旋机的渣土的稠度状态，其中：
10.通过螺旋机水压监测系统实时监测螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，根据螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，决策是否对进入螺旋机的渣土进一步进行改良；
11.当螺旋机筒体后段接近出土口处的水压超过设定界限值时，向螺旋机筒体中段注
入液氮对渣土进行冻结改良；当螺旋机水压监测系统中的水压监测值达到设定的界限值时，螺旋机后闸门打开进行渣土排出；
12.上述的液氮注入量和注入速率根据螺旋机水压监测系统中的水压监测结果进行控制。
13.更进一步地，所述的渣土改良剂为膨化好的膨润土泥浆与生石灰粉搅拌混合而成的混合浆液。
14.更进一步地，具体实施步骤如下：
15.s1、渣土改良试验：采集待改良地层土样，采用膨润土和生石灰粉为作改良剂进行渣土改良试验，根据试验效果确定渣土改良剂的配比和掺入比，以供现场改良和防喷涌控制参考；
16.s2、渣土改良剂制备：在地面进行膨润土膨化，并将膨化好的膨润土泥浆输送至改良剂搅拌罐内，然后根据步骤s1中确定的渣土改良剂配比，将生石灰粉以合适的加入量和加入速率加入至改良剂搅拌罐中与膨润土泥浆进行搅拌混合，得到渣土改良剂；
17.s3、在盾构机推进过程中，根据步骤s1中确定的渣土改良剂掺入比，将步骤s2中制备的渣土改良剂注入至土仓中螺旋机进土口处，螺旋机水压监测系统中的水压监测计同时开始工作，并将监测数据实时传输至数据采集分析系统，根据螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，判断是否向螺旋机筒体中段注入液氮；
18.s4、当螺旋机水压监测系统中的水压监测值在设定的界限值范围内时，螺旋机后闸门打开进行渣土排出，同时控制盾构机刀盘转速和推力，以保证盾构刀盘开挖面的平衡稳定。
19.更进一步地，在步骤s1中，同时测定生石灰的水化学反应的水化热情况，并采用液氮进行温度控制。
20.更进一步地，步骤s2还包含以下分步骤：
21.s2-1、在地面进行膨润土膨化，并控制膨化时间，以保证掺入生石灰粉后的混合浆液的各成分比例关系基本符合试验确定的掺入比要求；混合前的膨润土膨化时间通过试验确定；
22.s2-2、参考试验确定的改良剂配比和掺入比，在自动控制系统中进行参数输入和设定；
23.s2-3、将一定量的生石灰粉装入石灰粉加料罐内；将膨化好的膨润土泥浆通过输浆管道输入改良剂搅拌罐；
24.s2-4、在自动控制系统控制下，石灰粉加料罐内的生石灰粉被以合适的加入量和加入速率加入至改良剂搅拌罐中与膨润土泥浆进行搅拌混合，同时适量的液氮被加入改良剂搅拌罐进行温度控制，当改良剂搅拌罐内的混合浆液达到一定量时，自动控制系统控制各模块待机，等混合浆液减少至一定量时，再继续进行膨润土泥浆与生石灰粉的混合作业。
25.本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置，包括改良剂制备机构、改良剂泵送机构、液氮储罐、控制柜和螺旋机水压监测系统，其中，
26.所述的改良剂制备机构包括改良剂搅拌罐、石灰粉加料罐和输料通道，所述的石灰粉加料罐的出料口通过输料通道与改良剂搅拌罐的石灰粉加料口相连接，所述的改良剂搅拌罐的膨润土加料口通过输浆管道与膨润土膨化装置相连；
27.所述的改良剂泵送机构包括改良剂输送泵和液氮输送泵，所述的改良剂搅拌罐的浆液出料与改良剂输送泵的进料口相连接，所述的改良剂输送泵的出料口通过改良剂输送管与改良剂注入孔相连接，所述的改良剂注入孔设于盾构机土仓中的螺旋机的进土口处；所述的液氮储罐的出料口分别通过液氮输送泵与改良剂搅拌罐和液氮注入孔相连接，所述的液氮注入孔设于螺旋机的中部筒体上；
28.所述的螺旋机水压监测系统包括第一水压监测计和第二水压监测计，所述的第一水压监测计设于螺旋机的前部筒体上，所述的第二水压监测计设于螺旋机的后部筒体上；
29.所述的控制柜分别与改良剂制备机构、改良剂泵送机构和螺旋机水压监测系统中的执行部件通信连接，用于根据螺旋机水压监测系统监测的水压信息及设定的设备参数自动控制渣土改良剂的制备和泵送动作。
30.更进一步地，所述的改良剂搅拌罐和石灰粉加料罐分别通过安装支架固定在平台上，所述的平台底部还设有脚轮；所述的改良剂输送泵、液氮输送泵、液氮储罐和控制柜均安装于平台上。
31.更进一步地，所述的螺旋机的筒体包括依次连接的筒体前段、筒体中段和筒体后段，所述的筒体前段的前端设有进土口，所述的筒体后段的后部设有出土口，所述的第一水压监测计设于筒体前段的后部，所述的第二水压监测计设于筒体后段，所述的液氮注入孔设于筒体中段。
32.更进一步地，所述的第一水压监测计和第二水压监测计在螺旋机的筒体上均沿周向分布，且第一水压监测计在螺旋机的前部筒体上至少设置一圈，第二水压监测计在螺旋机的后部筒体上至少设置一圈。
33.更进一步地，所述的液氮注入孔在螺旋机的中部筒体上分布有若干个。
34.3.有益效果
35.采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
36.(1)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其在采用渣土改良剂对渣土的稠度状态进行改善的基础上，进一步根据螺旋机出土口处的水压采用液氮对渣土进行针对性冻结改良，从而使螺旋机筒体出土口出来的渣土具有合适的状态，有效防止地下水通过螺旋机筒体在出土口处喷涌，具有方法简单易行、防喷涌效果可靠、针对性和有效性强等优点，尤其适用于局部高富水、大涌水量地层，采用常规渣土改良方面无法有效控制螺旋机喷涌，采用双螺旋机结构设计又不经济的情况下的盾构机防喷涌控制的工况；
37.(2)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其渣土改良剂为膨化好的膨润土泥浆与生石灰粉搅拌混合而成的混合浆液，采用膨润土与生石灰粉作为改良剂，一方面取材广泛方便，成本低廉，另一方面试验研究表明混合浆液充分发挥膨润土吸水性强、生石灰吸水性快的特点，对于高富水、大涌水量地层具有相对较为有效的改良效果；
38.(3)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其在具体实施时，首先针对具体地层土样进行采样试验，根据试验效果针对性地确定渣土改良剂的配比和掺入比，以供现场改良和防喷涌控制参考，使制备的渣土改良剂对对应地质条件的盾构防喷涌效果更好，方便实际施工过程中渣土改良剂掺入量的确定，针对性强；并且利用螺旋机水压监测系统实时对螺旋机筒体中水的空间压力分布情况进行监测，根据水压监测值控制是否使用液氮进一步改良渣土状态，自动化程度高，防喷涌效果更加稳定可靠；
39.(4)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其在渣土改良试验时，同时测定生石灰的水化学反应的水化热情况，并采用液氮进行温度控制，这样便于在渣土改良剂实际制备过程中控制液氮加入量，方便控制所制备的渣土改良剂的温度；
40.(5)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其在渣土改良剂制备过程中，在地面进行膨润土膨化，并将膨化好的膨润土泥浆通过输浆管道输入改良剂搅拌罐，将生石灰粉装入石灰粉加料罐内，利用自动控制系统控制生石灰粉向改良剂搅拌罐的加入量和加入速率，进一步提高了渣土改良剂的制备灵活性，易于保证盾构过程中各个参数的联动匹配；
41.(6)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置，其包括改良剂制备机构、改良剂泵送机构、液氮储罐、控制柜和螺旋机水压监测系统，利用改良剂制备机构提前制备渣土改良剂，利用改良剂泵送机构实现对渣土改良剂和液氮的输送，以对螺旋机内的渣土状态进行改善，利用螺旋机水压监测系统实时监测螺旋机内的水压情况，利用控制柜对各个执行部件进行自动化控制，能够在螺旋机防喷涌控制阶段及时抑制和防止地下水喷涌，具有装置结构紧凑、操作方便、经济性好等优点；
42.(7)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置，其改良剂搅拌罐和石灰粉加料罐分别通过安装支架固定在平台上，平台底部还设有脚轮，改良剂输送泵、液氮输送泵、液氮储罐和控制柜均安装于平台上，改良剂制备及泵送机构集成度高，结构紧凑，整体性强，移动方便；
43.(8)本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置，其在螺旋机的筒体前段和后端分别设置水压监测计来监测螺旋机内的水压，并且水压监测计在螺旋机的筒体上均沿周向分布，能够从螺旋机的多个位置进行水压监测，水压监测更加全面准确。
附图说明
44.图1为本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置在盾构机上的相对位置关系示意图；
45.图2为本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置的结构示意图；
46.图3为本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置中改良剂制备机构和改良剂泵送机构的结构示意图；
47.图4为本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置中改良剂搅拌罐与石灰粉加料罐的结构示意图；
48.图5为本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌装置中改良剂泵送机构的示意图。
49.示意图中的标号说明：
50.1、盾构机土仓；2、螺旋机；2a、筒体前段；2b、筒体中段；2c、筒体后段；2-1、进土口；2-2、出土口；3、改良剂制备机构；3-1、改良剂搅拌罐；3-2、石灰粉加料罐；3-3、输料通道；3-4、安装支架；3-5、平台；3-6、脚轮；4、改良剂泵送机构；4-1、改良剂输送泵；4-2、改良剂输送管；4-3、改良剂注入孔；4-4、液氮注入孔；4-5、液氮输送泵；5、液氮储罐；6、控制柜；7、第一水压监测计；8、第二水压监测计。
具体实施方式
51.本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法和装置，针对局部高富水、大涌水量地层
条件，常规渣土改良方法无法控制螺旋机喷涌的情况下，进行针对性防喷涌控制，在土仓螺旋机进土口处对渣土进行针对性改良处理，从而一定程度上迅速改善进入螺旋机的渣土稠度状态，同时，通过螺旋机筒体上的注入口注入适量的液氮，对进入螺旋机内的渣土状态进一步进行改良，通过螺旋机筒体外的水压监测传感器全过程监测筒体内水压的变化，并针对性进行改良剂注入量和注入速率等控制参数的调整，从而实现在螺旋机筒体出土口出来的渣土具有合适的状态，进而有效防止地下水通过螺旋机筒体在出土口处喷涌。
52.采用本发明的技术方案，即使土仓中由于地层涌水量太大，常规渣土改良方法无法有效改善渣土状态而使土仓中仍有大量地下水，但通过本发明提出的针对螺旋机中的土体进行局部有效改良，可使螺旋机中的地下水能得到有效控制，从而实现对喷涌的控制。
53.为进一步了解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
54.[实施例]
[0055]
本实施例的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，主要采用膨润土和生石灰作为改良剂，并采用液氮进一步进行冻结，改良渣土状态，以达到螺旋机防喷涌的目的，主要适用于局部高富水、大涌水量地层，采用常规渣土改良方面无法有效控制螺旋机喷涌，采用双螺旋机结构设计又不经济的情况下的盾构机防喷涌控制的工况。具体方法如下：
[0056]
在盾构机土仓的螺旋机进土口处注入渣土改良剂，以改善进入螺旋机的渣土的稠度状态，若渣土改良剂能够使螺旋机内的渣土具有合适的排出状态，则螺旋机后闸门可打开进行渣土排出；若经过渣土改良剂改善后的渣土内仍含有地下水，则通过螺旋机水压监测系统实时监测螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，根据螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，决策是否对进入螺旋机的渣土进一步进行改良；当螺旋机筒体后段接近出土口处的水压超过设定界限值时，向螺旋机筒体中段注入液氮对渣土进行冻结改良；直至螺旋机水压监测系统中的水压监测值达到设定的界限值范围内，螺旋机后闸门打开进行渣土排出；上述的液氮注入量和注入速率根据螺旋机水压监测系统中的水压监测结果进行控制。采用上述防喷涌方法，具有方法简单易行、防喷涌效果可靠、针对性和有效性强等优点。
[0057]
上述的渣土改良剂为可采用现有技术中的膨润土。在本实施例中，优选采用改进型渣土改良剂，即渣土改良剂为膨化好的膨润土泥浆与生石灰粉搅拌混合而成的混合浆液，采用膨润土与生石灰粉混合作为改良剂，一方面取材广泛方便，成本低廉，另一方面试验研究表明混合浆液充分发挥膨润土吸水性强、生石灰吸水性快的特点，对于高富水、大涌水量地层具有相对较为有效的改良效果。
[0058]
本实施例的一种盾构机螺旋机防喷涌方法，其具体实施步骤如下：
[0059]
s1、渣土改良试验：采集待改良地层土样，采用膨润土和生石灰粉为作改良剂进行渣土改良试验，根据试验效果确定渣土改良剂的配比和掺入比，以供现场改良和防喷涌控制参考；在该步骤中，由于石灰与水反应产生热量，因此同时测定生石灰的水化学反应的水化热情况，并采用液氮进行温度控制，这样便于在渣土改良剂实际制备过程中控制液氮加入量，方便控制所制备的渣土改良剂的温度。通过地层土样改良试验，能够测定出针对该地层土质的掺入比等相应参数，为后续作业过程中的渣土改良剂制备和改良剂掺入量等参数提供依据，使制备的渣土改良剂对对应地质条件的盾构防喷涌效果更好，方便实际施工过程中渣土改良剂掺入量的确定，针对性强。
[0060]
s2、渣土改良剂制备：在地面进行膨润土膨化，并将膨化好的膨润土泥浆输送至改
良剂搅拌罐内，然后根据步骤s1中确定的渣土改良剂配比，将生石灰粉以合适的加入量和加入速率加入至改良剂搅拌罐中与膨润土泥浆进行搅拌混合，得到渣土改良剂。具体包含以下分步骤：
[0061]
s2-1、在地面进行膨润土膨化，并控制膨化时间，以保证掺入生石灰粉后的混合浆液的各成分比例关系基本符合试验确定的掺入比要求；混合前的膨润土膨化时间可通过试验确定；
[0062]
s2-2、参考试验确定的改良剂配比和掺入比，在自动控制系统中进行参数输入和设定；
[0063]
s2-3、将一定量的生石灰粉装入石灰粉加料罐内；将膨化好的膨润土泥浆通过输浆管道输入改良剂搅拌罐；
[0064]
s2-4、在自动控制系统控制下，石灰粉加料罐内的生石灰粉被以合适的加入量和加入速率加入至改良剂搅拌罐中与膨润土泥浆进行搅拌混合，同时适量的液氮被加入改良剂搅拌罐进行温度控制，当改良剂搅拌罐内的混合浆液达到一定量时，自动控制系统控制各模块待机，等混合浆液减少至一定量时，再继续进行膨润土泥浆与生石灰粉的混合作业。改良剂搅拌罐内的混合浆液的液位可采用液位传感器进行检测。
[0065]
采用上述渣土改良剂制备方法，整个过程可通过自动控制系统控制，制备的渣土改良剂的配比准确，进一步提高了渣土改良剂的制备灵活性，同时膨润土在地面上预先膨化，节省了现场制备改良剂的时间，易于保证盾构过程中各个参数的联动匹配。
[0066]
s3、在盾构机推进过程中，根据步骤s1中确定的渣土改良剂掺入比，将步骤s2中制备的渣土改良剂注入至土仓中螺旋机进土口处，螺旋机水压监测系统中的水压监测计同时开始工作，并将监测数据实时传输至数据采集分析系统，根据螺旋机筒体中水的空间压力分布情况，判断是否向螺旋机筒体中段注入液氮；当螺旋机筒体后段接近出土口处的水压超过设定界限值时，向螺旋机筒体中段注入液氮，注入量和注入速率根据螺旋机水压监测系统模块中的水压监测结果进行控制。
[0067]
s4、当螺旋机水压监测系统中的水压监测值在设定的界限值范围内时，螺旋机后闸门打开进行渣土排出，同时控制盾构机刀盘转速和推力，以保证盾构刀盘开挖面的平衡稳定。螺旋机后闸门开度应视螺旋机水压监测结果决定，开度由小变大。
[0068]
此外应当注意，在螺旋机防喷涌控制阶段，盾构推进速度应降低至合理值，保证盾构各参数联动匹配。
[0069]
基于上述的盾构机螺旋机防喷涌方法，本实施例还公开了一种盾构机螺旋机防喷涌装置。如图1至图5所示，该盾构机螺旋机防喷涌装置，包括改良剂制备机构3、改良剂泵送机构4、液氮储罐5、控制柜6和螺旋机水压监测系统，利用改良剂制备机构3提前制备渣土改良剂，利用改良剂泵送机构4实现对渣土改良剂和液氮的输送，以对螺旋机内的渣土状态进行改善，利用螺旋机水压监测系统实时监测螺旋机内的水压情况，利用控制柜6对各个执行部件进行自动化控制，能够在螺旋机防喷涌控制阶段及时抑制和防止地下水喷涌。其中：
[0070]
如图2、图3和图4所示，上述的改良剂制备机构3包括改良剂搅拌罐3-1、石灰粉加料罐3-2和输料通道3-3，石灰粉加料罐3-2的出料口通过输料通道3-3与改良剂搅拌罐3-1的石灰粉加料口相连接，改良剂搅拌罐3-1的膨润土加料口通过输浆管道与膨润土膨化装置相连。改良剂搅拌罐3-1主要用来搅拌膨润土泥浆和加入的生石灰粉，膨润土泥浆为外地
面膨化制备好的浆液输入，膨润土泥浆的膨化时间应适当缩短，使膨润土保持相应流动状态，以便于与生石灰粉进一步搅拌混合，改良剂搅拌罐3-1主体为圆柱状，其底部设有搅拌电机，在改良剂搅拌罐3-1内设有搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，搅拌电机与搅拌轴传动连接。石灰粉加料罐3-2主要用来存放生石灰粉，并在适当的时间向改良剂搅拌罐3-1内加入生石灰，加入生石灰的量由控制柜6内的自动控制系统根据设定的参数自动控制加入，石灰粉加料罐3-2的高度高于改良剂搅拌罐3-1，使石灰粉加料罐3-2的出料口高出改良剂搅拌罐3-1的石灰粉加料口，石灰粉加料罐3-2的出料口位于罐体的最底部，输料通道3-3倾斜设置，使石灰粉加料罐3-2内的生石灰粉能够自然向改良剂搅拌罐3-1流动。为了方便控制生石灰粉的加入量和速率，在输料通道3-3内还设有粉体投加控制机构，该粉体投加控制机构包括竖向设置于输料通道3-3和石灰加料罐3-2界面处的两个搅拌叶轮和设置于输料通道3-3出口处的闸门，通过两个搅拌叶轮的转速和闸门的开度来实现对生石灰粉加入量和速率的控制，当闸门开度增大、搅拌叶轮转速增加时，生石灰粉加入量和速率增加，反之减小，闸门开度和搅拌叶轮转速由控制柜6上的控制开关进行控制。
[0071]
接图2至图5所示，上述的改良剂泵送机构4包括改良剂输送泵4-1和液氮输送泵4-5，改良剂输送泵4-1用来实现渣土改良剂的输送，改良剂搅拌罐3-1的浆液出料与改良剂输送泵4-1的进料口相连接，改良剂输送泵4-1的出料口通过改良剂输送管4-2与改良剂注入孔4-3相连接，改良剂注入孔4-3设于盾构机土仓1中的螺旋机2的进土口2-1处，改良剂注入孔4-3孔口相对较大，可设置两个，在进土口2-1的两侧各设一个，通过改良剂输送泵4-1即可将渣土改良剂输送至螺旋机2的进土口2-1处，对进入螺旋机2内的渣土状态进行快速改善。液氮储罐5主要用来存液氮，并在适当的时间向改良剂搅拌罐3-1内或螺旋机2筒体上的液氮注入孔4-4加入液氮，液氮储罐5的出料口分别通过液氮输送泵4-5与改良剂搅拌罐3-1和液氮注入孔4-4相连接，液氮注入孔4-4设于螺旋机2的中部筒体上，主要用来向螺旋机2内注入液氮，从而进一步用液氮的速冻效应对改良后的渣土进一步进行改良，减少渣土中的液态水，通过冻结变成固态，从而控制渣土从螺旋机2出土口的状态，实现对螺旋机喷涌的控制。液氮加入的量由控制柜6内的自动控制系统根据设定的参数自动控制加入。改良剂输送泵4-1和液氮输送泵4-5的功率和连接管接口不同，泵的开关和输送流量的控制主要由控制柜6内的自动控制系统统一控制。在向改良剂搅拌罐3-1内加入液氮时，由于生石灰与水反应产生热量，可根据加入生石灰粉量的多少，向改良剂搅拌罐3-1内加入适量液氮，以控制浆液温度，各改良剂和添加剂加入的量，应事先根据试验确定好，并将相应参数输入控制柜6自动实现添加和搅拌。
[0072]
如图2所示，螺旋机水压监测系统包括第一水压监测计7和第二水压监测计8，第一水压监测计7设于螺旋机2的前部筒体上，第二水压监测计8设于螺旋机2的后部筒体上；具体地，在螺旋机2的前部筒体和后部筒体的对应位置处设有监测孔，第一水压监测计7和第二水压监测计8分别通过接口安装于对应监测孔内，第一水压监测计7和第二水压监测计8产生的水压数据通过数据线统一连接实时上传至控制柜6，可实现对螺旋机2筒体内液态水或较稀浆液的压力监测，可以实现对螺旋机2从前段到后段出土口处的渣土液态浆液的实时监测，并通过监测结果实时修改生石灰粉、生石灰粉膨润土改良浆体、液氮的注入时间和注入流量大小，从而实现螺旋机喷涌的控制。
[0073]
控制柜6分别与改良剂制备机构3、改良剂泵送机构4和螺旋机水压监测系统中的
执行部件通信连接，用于根据螺旋机水压监测系统监测的水压信息及设定的设备参数自动控制渣土改良剂的制备和泵送动作。控制柜6可为数据显示操作及开关控制柜，用来实现对渣土改良剂的制备和浆液输送整个系统全过程的自动控制，触摸显示屏用来进行相关参数及设备参数的输入、修改和设定等操作，触摸显示屏还可显示螺旋机2筒体中水的空间压力分布情况。
[0074]
如图3和图5所示，在本实施例中，改良剂搅拌罐3-1和石灰粉加料罐3-2分别通过安装支架3-4固定在平台3-5上，平台3-5底部还设有脚轮3-6，改良剂输送泵4-1、液氮输送泵4-5、液氮储罐5和控制柜6均安装于平台3-5上，使改良剂制备及泵送机构具有较高的集成度，结构紧凑，整体性强，移动方便。
[0075]
如图2所示，在本实施例中，螺旋机2的筒体包括依次连接的筒体前段2a、筒体中段2b和筒体后段2c，筒体前段2a、筒体中段2b和筒体后段2c可采用法兰连接或焊接，筒体前段2a的前端设有进土口2-1，筒体后段2c的后部设有出土口2-2，出土口2-2设有闸门，第一水压监测计7设于筒体前段2a的后部，第二水压监测计8设于筒体后段2c，液氮注入孔4-4设于筒体中段2b。进一步地，第一水压监测计7和第二水压监测计8在螺旋机2的筒体上均沿周向分布，且第一水压监测计7在螺旋机2的前部筒体上至少设置一圈，第二水压监测计8在螺旋机2的后部筒体上至少设置一圈，如图2中，第一水压监测计7设置了一圈，共计8个，第二水压监测计8设置了三圈，位于出土口2-2处的一圈设置有5个，另外两圈均设有8个。通过上述设置，在螺旋机2的筒体前段和后端分别设置水压监测计来监测螺旋机内的水压，并且水压监测计在螺旋机的筒体上均沿周向分布，能够从螺旋机的多个位置进行水压监测，水压监测更加全面准确。另外，液氮注入孔4-4在螺旋机2的中部筒体上分布有若干个，实现螺旋机2的中部筒体多点输送液氮，使螺旋机2内的液态水冻结更加快速均匀。
[0076]
本发明的一种盾构机螺旋机防喷涌方法和装置，在采用渣土改良剂对渣土的稠度状态进行改善的基础上，进一步根据螺旋机出土口处的水压采用液氮对渣土进行针对性冻结改良，从而使螺旋机筒体出土口出来的渣土具有合适的状态，有效防止地下水通过螺旋机筒体在出土口处喷涌，解决了局部高富水、大涌水量地层采用常规渣土改良方法无法有效控制螺旋机喷涌，而采用双螺旋机结构设计又不经济的问题，具有方法简单易行、防喷涌效果可靠、针对性和有效性强、以及装置结构紧凑、操作方便、经济性好等优点。
[0077]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0078]
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。