泡沫在土压平衡盾构施工中的应用

Word版本，下载可自由编辑泡沫在土压平衡盾构施工中的应用1前言

普通土压平衡盾构机适用于内摩擦角小、渗透系数在10负6次m／s以下的易塑流的粘性土层。在砂层、砾石层中，对于颗粒粒径较大的地层，土的摩擦力大，透水性高，切削土的流淌性差，不能很好的传递压力，在这种土层中要保持开挖面稳定难度很大。为解决砂性土的塑流，可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，转变土的成分，以保证土的流淌性和削减土的透水性，使开挖面保持稳定。同时加注泡沫还可削减刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，削减壳体与刀盘上粘土的粘着力，有利于排土机构出土，

所需的驱动功率就可减阿少。

城市地铁隧道大都需要穿越不同的地层，在一条线路上可能会有部分不相宜土压平衡盾构机施工的地层，这就限制了土压平衡盾构的适应范围，但是如采纳万能的泥水盾构则造价比较高，而且需要很大的场地来安置泥水处理循环系统。目前城市地铁施工可提供的场地越来越小，因此为扩大土压平衡盾构机的使用范围，使其能够适应各种不同地层的变化，可实行利用加注泡沫系统的方法来实现这目的，使土压平衡盾构机造价低、简单控制操作的优点得到充分发挥。加泡沫后转变土壤渗透系数、扩大土压平衡盾构机适用渗透系数土体及粒径的范围。

2泡沫的发泡原理和工艺流程

2.1发泡原理

发泡系统由泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道泵组成，将发泡剂、聚合物与水混合后，人压缩空气将液体膨胀产生泡沫，利用刀盘上的4共性人口注人开挖仓内。发泡系统流程见下图2。

2.2泡沫创造工艺流程

泡沫创造工艺流程见图3。

2.3泡沫的膨胀率和注入比

(1)泡沫的膨胀率(FER)。FER=(液体的流速1／mm)：(空气的流速1／mm)；FER越大说明泡沫越“稀”或越“湿”，—般取值在1：6～1：15之间。

(2)泡沫的注入比(FIR)。FIR=(泡沫加注速率)／(土壤的开挖速率)x100%；—般取值在40%～100%之间。

泡沫剂用量、FER、FIR是泡沫系统的三个重要参数。

3工程应用

深圳地铁一期工程华强路—岗厦区间盾构隧道全长3471.6m，隧道衬砌外径6m，内径5.4m盾构采纳德国海瑞克公司设计创造的土压平衡盾构机，盾构刀盘处直径6.28m，本隧道需穿越燕山期强风化花岗岩、全风化花岗岩、砾质粘性土、砂质粘性土、富水砂层、角砾层，局部需要穿越中风化花岗岩，隧道埋深14m，地下水位在3.5-4m左右。地质条件极其复杂，各科地层软硬不均，重复交替浮现，因此在施工过程中就要不断调节施工参数，尤其是泡沫的使用更是复杂多变。

在砂性土和砾砂性土地基中，因为内摩擦角较大，因而难以获得良好的流淌，同时渗透系数大，止水性差，压力不能很好的传递到掌子面，推动过程中显然感到方向不好控制，刀盘扭距较大，推动速度慢。我们利用向开挖面注入泡沫，使得开挖土获得良好的流淌性和止水性，并保持开挖面稳定，扭距显然下降。而在粘性土层中，因为其内摩擦角小，易流淌，泡沫只起到活性剂作用，防止土粘在刀具和土仓内壁上，削减对刀具的磨损，提升了出土速度和掘进速度。

施工中我们对不同地层泡沫注人量和加注泡沫前后扭矩变化状况举行了统计，见下表1。

从表中可以看出泡沫的使用大大降低了刀盘扭矩，平均扭矩下降12%，而且泡沫在砂土中比粘土中使用扭矩下降效果更显然。泡沫具有如下优点：

(1)因为气泡的润滑效果，削减了地基的内摩擦角，提升了挖掘土砂的流淌性，从而削减了刀盘的扭矩，改善了盾构机作业参数；

(2)削减砂土的渗透性，使囫囵开挖土传力匀称，工作面压力变动小，有利于调节土仓压力，保证盾构机掘进姿势，控制地