1）螺旋轴模型

为保证螺旋输送机有足够的通过性能，最小螺距即土塞段螺距采用630 mm，即S2=630 mm。

受卵石颗粒、渣土改良不均等的影响，土体不能完全填充螺旋输送机内部空间，形成空隙，地下水很容易进入，若空隙大且水压高，容易造成喷涌。取等螺距输送时的填充率为80%，则进土段的螺距为：

，取800 mm螺距。

排土段的螺距要比土塞段大一些，取S3=700 mm 。

变螺距螺旋轴参数如表6-3所示。螺旋叶片的三维模型，如图6-22所示。

表6-3　变螺距螺旋轴参数

图6-22　变螺距螺旋叶片

2）仿真结果分析

①土体运动分析。

螺旋输送机中颗粒在螺旋输送机中的速度分布，如图6-23所示，不同颜色深度的颗粒速度不同。

螺旋输送机中土体总速度和轴向速度沿轴向距离的分布，如图6-24所示。由图中可以看出，变螺距螺旋输送机进土段的速度高于后面部分，土塞段的运动速度减小，这说明土塞段的填充效果比进土段的更好，形成了较好的土塞。

图6-23　土体速度分布

图6-24　土体速度沿轴向分布(www.daowen.com)

②磨损分析。

变螺距螺旋输送机的螺旋轴和筒体的磨损分布情况，分别如图6-25、图6-26所示，不同颜色深度代表不同磨损程度。

图6-25　螺旋轴磨损情况

图6-26　筒体磨损情况

变螺距螺旋输送机的螺旋轴和筒体的土塞段的磨损比等螺距同位置处的磨损增大，这说明土塞段的土塞效果有了明显提升，但是磨损加剧需要在此部位加强耐磨能力。

③螺旋输送机扭矩。

变螺距螺旋轴的受力大小之和与等螺距在一定时间区间内的变化，如图6-27所示。

由图中可以看出，变螺距螺旋轴的受力更大，主要是土塞段的受力增大，这就需要加强土塞段螺旋叶片的强度。

图6-27　受力之和变化

变螺距螺旋轴的扭矩与等螺距在一定时间区间内的变化，如图6-28所示。

图6-28　扭矩变化

由图6-28中可以看出，变螺距螺旋轴的扭矩比相同情况下的等螺旋输送机的扭矩更大，主要是土塞段的扭矩增大，则变螺距螺旋输送机工作时需要的驱动扭矩更大。

针对螺旋轴的变螺距设计及仿真分析可以看出，在成都富水富砂卵石地层的盾构施工中，变螺距对于富水情况下的防喷涌能力是比较显著的，但是由于大漂石、大粒径砂卵石的存在，要求螺旋机具有更强的耐磨性及更大通过粒径的能力，而变螺距螺旋轴由于中间承压段螺距相对较小，可能容易造成螺旋机的卡停以及更加严重的磨损。而在卵石含量较少的其他地层中，变螺距螺旋轴的优势将会有更大程度上的发挥。盾构螺旋输送机变螺距的研究将为更多其他地层土压平衡盾构施工提供新的思路。