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盾构机泡沫系统原理与应用
0 引言
泡沫是一种调节介质，由发泡剂与水的混合液和压缩空气相混合，经泡沫发生
器发泡成30～400um微细乳状泡沫，注入到掘削面和土仓，确保渣土顺利排出，保
不可少的添加剂。
1 泡沫系统的组成与原理
1.1
成，如图
?
?
?
点
?1个水泵，流量为133l/min
?1个泡沫泵流量为5l/min
?混合液控制装置
?压缩空气控制装置图1 ?4个泡沫发生器
?测量装置及其控制
?用水冲洗时的切换装置
1.2泡沫系统的原理
水和发泡剂的混合是在混合液的控制装置完成。发泡剂装在可更换的罐中，发
泡剂通过定量泡沫泵供给，水通过定量水泵供给，二者混合后再通过流量控制装置
供给到相关管路。
量是通过SPC
2
2
图3
图
2是
泡沫
系统参数的输入面板，其中管路1-4为泡沫系统四条管路的流量（l/min）；FER为发
泡率=单条管路泡沫流量/单条管路液体流量；FIR为注入率=注入泡沫总量/开挖渣土
的容积；流量为自动模式下每条管路泡沫量占总泡沫量的百分比；泡沫浓度为发泡
剂在水溶液中的浓度；工作仓最大土压为泡沫系统自动停止工作时的最大土仓压力。
图3是泡沫系统参数的显示面板，泡沫系统工作状态有四种：停止、自动、半
自动和手动。泥土压力为1号土仓压力与3号土仓压力的平均值，该值如果超过工作仓最大土压，泡沫系统就停止。混合液流量显示了混合液的流速与总流量，每环更新；压力显示泡沫管路当前压力值；空气实际值显示管路空气流量实际值；空气目标值显示管路空气流量目标值；混合液体实际值显示管路混合液体流量实际值；混合液体目标值显示管路混合液体流量目标值=每条管路流量/FER。
泡沫系统的操作方式有三种，分别是手动模式、半自动模式和自动模式。在启
用泡沫系统前，
过SPC
设置范
围为
和FIR，对注入的泡沫进行控制。
3
半自动模式和自动模式为主，现在就以两个工程实例来说明泡沫系统的使用。
3.1采用半自动模式适应基岩隆起地层的推进
深圳滕创瑞科技有限公司经营的泡沫所在深圳地铁三号线3102标工程刚刚通过38米长的，基岩高度最大为 3.8米的基岩隆起区。隧道下层为花岗岩，强度高达160MPA，上层为砂层，是典型的上软下硬型地层，在这种地层中掘进需要防止坍塌和刀具磨损。盾构机在这种地层推进，必须控制好掘进参数和注入合适的添加剂。
我们选用的掘进参数为：刀盘转速1.1-1.3r/min,推进速度为5mm/min，土仓压力为土仓水头压力加0.4bar,并注入干燥泡沫。泡沫系统采用半自动模式，泡沫原液采用滕创瑞科技有限公司的泡沫，泡沫浓度设定为3%，每管流量设定为200l/min，FER 设定为25，开四条管路。在掘进过程时，检查渣样，并对比泡沫效果。泡沫发出的效果很好，致密细腻，有张力，有粘力，存在时间长，能充分融入渣土，起到了改善渣土，保护刀具的作用。实践证明，我们通过控制掘进参数和注入干燥泡沫，在
3.2
，刀
，土仓
在掘进速度正常的情况下，我们一
25%，那么FIR设定多少呢?FIR
Y的估算公式如下：Y80-3.3×E0.8）＋（90-2.7×F0.8）}；
式中Y－泡沫注入率（％）；
D－0.075mm粒径的通过百分率，4×D0.8＞60时，取4×D0.8＝60；
E－0.42mm粒径的通过百分率，3.3×E0.8＞80时，取3.3×E0.8＝80；
F－2mm粒径的通过百分率，2.7×F0.8＞90时，取2.7×F0.8＝90；
a－均粒系数V C决定的系数，V C＜4时，a＝1.6；4≤V C≤15时，a＝1.2；15≤V C时，a＝1.0。
当Y＜20％时，取Y＝20％。
盾构机穿越砾质粘土地层D=3.9，E=20.1，F=28, V C=14,计算得Y（％）=1.2/2×{（60-60）＋（80-50.14）＋（90-19.71）}=71.45,因此在泡沫注入率为60.09%。
