张总：海瑞克土压平衡盾构机泡沫系统浅析

海瑞克土压平衡盾构机泡沫系统故障排除

（中铁十五局集团城市交通工程公司深圳6标盾构项目部）

吕 善

[摘要] 泡沫系统是盾构机上很重要的一个辅助系统。本文针对盾构机上的泡沫系统工作原理进行了介绍，并对一例故障进行了详细的分析。

[关键词] 盾构机 泡沫 故障排除

泡沫系统是德国海瑞克公司土压平衡盾构机上的一个重要组成部分，盾构掘进时，盾构机上的泡沫装置向土仓内和刀盘前注入泡沫，改良刀盘切屑下来的渣土。使用泡沫剂的目的是改善土体的和易性，保证密封土仓内土压力的稳定和出土的顺畅，当泡沫剂和渣土混合时，还可以产生几个作用：1）在粘土块外面形成薄膜，阻止了块与块之间的粘结，降低了渣土的粘附力，防止形成泥饼；2）降低渣土的内摩擦力，减小渣土对刀盘等部件的摩擦，降低刀盘的扭矩，节省能源；3）降低土体的渗透性，形成一个不透水层，有利于开挖面的稳定；4）增强渣土的流动性，增加渣土的可压缩性，有利于维持土压平衡；5）润滑和冷却的作用。本文通过介绍泡沫系统得工作原理，来说明泡沫系统故障的判断和排除。

1． 泡沫系统的组成和工作原理

1.1 泡沫系统的组成

泡沫系统由泡沫剂储存箱、泡沫剂泵、水泵、水压力感应开关、泡沫剂泵安全阀、水泵减压阀、泡沫原液流量计、水流量计、压缩空气减压阀、液体流量计、气体流量计、液体电控调节阀、气体电控调节阀、压力表、压力传感器、泡沫发生器及连接管路等组成。

1.2 泡沫系统的工作原理

泡沫剂泵将泡沫剂原液从泡沫剂储存箱中泵出，并与水按操作指令要求的比例混合形成溶液。溶液的流量可以在可编程控制器PLC通过水泵出水口处的液体流量计测量，并根据这一流量来控制泡沫剂的泵送量。混合溶液被分成四路，分别通过液体流量电控阀和流量计后，被分别输送到泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫。泡沫溶液和压缩空气的混合比例也是按盾构机的操作指令要求进行混合的。其控制的参数有泡沫剂的用量比（泡沫剂体积占混合溶液体积的百分比）、泡沫的注入率FIR（开挖面中泡沫的体积与被开挖岩土的体积比）和泡沫的膨胀率FER（泡沫的体积与形成泡沫的溶液体积比）等几项。最后泡沫沿4条管路通过刀盘旋转接头，到达刀盘正面的8个注入口，操作人员可以根据需要在控制室从4条管路中任意选择，向开挖面注入泡沫。另外，泡沫的产生和注入可根据需要以手动、半自动、自动的方式进行。其泡沫产生原理如图1所示。 盾构机主体泡沫箱盾构机外循环来水去膨润土罐盾构机上空压机供给的压缩空气盾构机外循环来水透明观察窗压力传感器液体流量计液体流量电控调节阀泡沫原液流量计泡沫剂泵泡沫发生器液体气体气体流量计气体流量电控调节阀中心回转体压力开关水泵

1 海瑞克土压平衡盾构机泡沫系统浅析

中铁一局城轨公司张新义

1． 工作原理概述：

在盾构掘进过程中，为了对渣土进行改良设置了渣土改良系统，包括泡沫系统和膨润土系统。作为土体改良的媒介，泡沫特别适用于坚硬地质的复合地层的盾构掘进。经泡沫改良后的土体具有如下的性能：

➢ 提供压力稳定的切削面

➢ 足够的柔软性

➢ 低透水性

➢ 减小土体对盾构机的粘着力

➢ 减小摩擦力

➢ 减小驱动力

EPB模式下，用泡沫改良的原理是空气和液体的机械混合，在泡沫储存罐里将水和泡沫混合，泡沫通过计量容器泵入泡沫，水来自工业用水，并在管线上加装了流量计。泡沫本身是一组泡沫桶内空气和液体的机械组合，这两种成分必须经过SPC操作元件的计量后注入泡沫发生器，并且要根据推进速度、所保持的压力以及按有关公式来调整。在控制室里操作人员可通过操作有关的可控球阀将泡沫通过相关入口注入到刀盘前方、土仓和螺旋输送机，刀盘前有八个泡沫喷嘴，土舱里有四个泡沫喷嘴，螺旋输送机前后两端各有四个泡沫喷嘴。此外，该泡沫系统还可兼作注水或膨润土用。

2． 泡沫系统元件和管路布置

2．1系统元件

➢ 1×泡沫储存罐（1m3）

➢ 4×液体控制装置（带有流量计）

➢ 4×空气控制装置（带有流量计）

➢ 4×压力检查表

➢ 4×泡沫发生器

➢ 1×水泵（功率6.3kw,最小额定流量133L/min,额定压力8bar）

➢ 1×泡沫泵(功率0.4kw,额定流量5～300L/h，额定压力9bar)

➢ 4×泡沫压力传感器

➢ 1×操作装置的控制元件

➢ 4×连接回转中心泡沫管

➢ 清洗水切换装置

➢ 膨润土切换装置

2．2管路布置

泡沫注入管路的布置应该使泡沫达到快速混合搅拌渣土的效果，以免渣土粘结在刀盘和刀具上

因此就应在刀盘和掘进工作面设置多个泡沫注入口，一方面可以避免渣土粘结在刀盘或者刀具上，另一方面在渣土输送到螺旋输送机之前渣土能得到最大限度的搅拌。另外由于接触刀盘和刀具渣土的流动性，更使得泡沫和渣土能够尽快得到混合，同时掘进工作面被泡沫所密封。 2 所以在刀盘上设置了四根泡沫管八个泡沫注入口，土舱的搅拌棒上也设置了四个泡沫主入口，螺旋输送机前后两端各设有四个注入口。

海瑞克土压平衡盾构机泡沫系统故障排除吕善

泡沫系统是德国海瑞克公司土压平衡盾构机上的一个重要组成部分，盾构掘进时，盾构机上的泡沫装置向土仓内和刀盘前注入泡沫，改良刀盘切屑下来的渣土。使用泡沫剂的目的是改善土体的和易性，保证密封土仓内土压力的稳定和出土的顺畅，当泡沫剂和渣土混合时，还可以产生几个作用：1）在粘土块外面形成薄膜，阻止了块与块之间的粘结，降低了渣土的粘附力，防止形成泥饼；2）降低渣土的内摩擦力，减小渣土对刀盘等部件的摩擦，降低刀盘的扭矩，节省能源；3）降低土体的渗透性，形成一个不透水层，有利于开挖面的稳定；4）增强渣土的流动性，增加渣土的可压缩性，有利于维持土压平衡；5）润滑和冷却的作用。本文通过介绍泡沫系统得工作原理，来说明泡沫系统故障的判断和排除。

1． 泡沫系统的组成和工作原理

1.1 泡沫系统的组成

泡沫系统由泡沫剂储存箱、泡沫剂泵、水泵、水压力感应开关、

泡沫剂泵安全阀、水泵减压阀、泡沫原液流量计、水流量计、压缩空气减压阀、液体流量计、气体流量计、液体电控调节阀、气体电控调节阀、压力表、压力传感器、泡沫发生器及连接管路等组成。

1.2 泡沫系统的工作原理

泡沫剂泵将泡沫剂原液从泡沫剂储存箱中泵出，并与水按操作指令要求的比例混合形成溶液。溶液的流量可以在可编程控制器PLC通过水泵出水口处的液体流量计测量，并根据这一流量来控制泡沫剂的泵送量。混合溶液被分成四路，分别通过液体流量电控阀和流量计后，被分别输送到泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫。泡沫溶液和压缩空气的混合比例也是按盾构机的操作指令要求进行混合的。其控制的参数有泡沫剂的用量比（泡沫剂体积占混合溶液体积的百分比）、泡沫的注入率FIR（开挖面中泡沫的体积与被开挖岩土的体积比）和泡沫的膨胀率FER（泡沫的体积与形成泡沫的溶液体积比）等几项。最后泡沫沿4条管路通过刀盘旋转接头，到达刀盘正面的8个注入口，操作人员可以根据需要在控制室从4条管路中任意选择，向开挖面注入泡沫。另外，泡沫的产生和注入可根据需要以手动、半自动、自动的方式进行。其泡沫产生原理如图1所示。

1 海瑞克土压平衡盾构机泡沫系统浅析

中铁一局城轨公司张新义

1． 工作原理概述：

在盾构掘进过程中，为了对渣土进行改良设置了渣土改良系统，包括泡沫系统和膨润土系统。作为土体改良的媒介，泡沫特别适用于坚硬地质的复合地层的盾构掘进。经泡沫改良后的土体具有如下的性能：

 提供压力稳定的切削面

 足够的柔软性

 低透水性

 减小土体对盾构机的粘着力

 减小摩擦力

 减小驱动力

EPB模式下，用泡沫改良的原理是空气和液体的机械混合，在泡沫储存罐里将水和泡沫混合，泡沫通过计量容器泵入泡沫，水来自工业用水，并在管线上加装了流量计。泡沫本身是一组泡沫桶内空气和液体的机械组合，这两种成分必须经过SPC操作元件的计量后注入泡沫发生器，并且要根据推进速度、所保持的压力以及按有关公式来调整。在控制室里操作人员可通过操作有关的可控球阀将泡沫通过相关入口注入到刀盘前方、土仓和螺旋输送机，刀盘前有八个泡沫喷嘴，土舱里有四个泡沫喷嘴，螺旋输送机前后两端各有四个泡沫喷嘴。此外，该泡沫系统还可兼作注水或膨润土用。

2． 泡沫系统元件和管路布置

2．1系统元件

 1×泡沫储存罐（1m3）

 4×液体控制装置（带有流量计）

 4×空气控制装置（带有流量计）

 4×压力检查表

 4×泡沫发生器

 1×水泵（功率6.3kw,最小额定流量133L/min,额定压力8bar）

 1×泡沫泵(功率0.4kw,额定流量5～300L/h，额定压力9bar)

 4×泡沫压力传感器

 1×操作装置的控制元件

 4×连接回转中心泡沫管

 清洗水切换装置

 膨润土切换装置

2．2管路布置

泡沫注入管路的布置应该使泡沫达到快速混合搅拌渣土的效果，以免渣土粘结在刀盘和刀具上

因此就应在刀盘和掘进工作面设置多个泡沫注入口，一方面可以避免渣土粘结在刀盘或者刀具上，另一方面在渣土输送到螺旋输送机之前渣土能得到最大限度的搅拌。另外由于接触刀盘和刀具渣土的流动性，更使得泡沫和渣土能够尽快得到混合，同时掘进工作面被泡沫所密封。 2 所以在刀盘上设置了四根泡沫管八个泡沫注入口，土舱的搅拌棒上也设置了四个泡沫主入口，螺旋输送机前后两端各设有四个注入口。