盾构机泡沫系统原理与应用总结归纳
盾构学习总结
盾构学习总结陈永廷按照工程处统一安排，自2015年1月8日至2015年1月16日，先后到三一重工、中铁五局石家庄地铁1号线工程开始了从理论知识到盾构施工现场的学习。
经过九天的学习，本人对土压平衡盾构机构造，施工原理，操作规范等方面有了基本的了解，现简要汇报如下。
一、理论知识培训1月9日、10日两天，在三一重工各专业人士的讲解下，对盾构有了一定的理解。
现将土压平衡盾构简单介绍一下：（一）盾构机的工作原理土压平衡盾构机简称EPB盾构机，是在盾构主机的前部设置隔板形成土仓，在刀盘的旋转作用下刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构机推进油缸的推力通过隔板给土仓内的泥土加压，使土仓内的土压作用于开挖面以平衡开挖面的水压和土压，达到较为稳定的动态压力平衡状态，在此压力平衡状态下，进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，使隧道一次成形的机械设备。
（二）盾构的结构及作用盾构机集机、电、液、气、自动控制于一身。
土压平衡盾构机主要分为主机和后配套两大结构。
主机：刀盘、主驱动（主轴承、主轴承密封、减速机、电机/液压马达等）、盾体（前盾、中盾、中折盾、后盾）、螺旋输送机、管片拼装机、整圆器、推进油缸、铰接油缸、人仓、工作平台等。
1 刀盘是盾构机最关键的核心部件之一，决定盾构机施工的成功与否，其具有三大主要功能：开挖土体、稳定开挖面、搅拌土仓土体。
2 盾体主要由前、中、后三盾组成。
其主要作用有：（1）作为各种机内设备(主驱动、工作平台、管片拼装机、人仓、铰接油缸、推进油缸、螺旋输送机等)的安装支承；（2）对挖掘出的但还未衬砌的隧道起临时支护作用，承受周围地层的土压和地下水的水压，将地下水挡在盾壳外面；（3）掩护掘进、排土、衬砌等作业过程。
3 螺旋输送机主要作用是排除土仓渣土和稳定土仓压力。
4 拼装机主要由支撑架，大梁，旋转架，拼装头组成。
拼装机可以采用手动或无线遥控装置操作。
盾构机土体改良中泡沫控制系统的设计研究
盾构机土体改良中泡沫控制系统的设计研究盾构机土体改良中泡沫控制系统的设计研究随着城市化的不断推进，地下建筑的需求不断增加。
盾构机的广泛应用使得地下建筑施工变得更加便捷和高效。
然而，在盾构施工过程中，土体松散、含水率较高，这对泥浆循环系统的完整性和施工进度提出了极大的挑战。
为了解决这一问题，泡沫控制系统被引入到盾构机施工中，以控制泥浆循环系统中的泡沫浓度，从而实现土体改良。
本文旨在进行一项泡沫控制系统的设计研究，来使盾构机土体改良更加稳定，提高施工效率。
一、泡沫控制系统的功能在盾构机的土体改良中，泡沫控制系统的作用是控制泡沫浓度，以便实现泥浆循环系统的稳定运行。
泡沫浓度过高会影响泥浆循环系统的导流能力，造成系统堵塞，损坏设备，降低施工效率。
另外，过高的泡沫浓度还会影响土体的稳定性，增加施工难度和风险。
在另一方面，泡沫浓度过低也会影响土体改良效果，降低施工质量。
因此，泡沫控制系统需要保证泡沫浓度在合适的范围内，以满足土体改良的要求。
二、泡沫控制系统的组成泡沫控制系统主要由泡沫发生器、泡沫控制器和浓度检测器组成。
其中，泡沫发生器是传递压缩空气和高压水的混合物的泡沫发生器，将浓度恒定的泡沫液体直接喷入泥浆系统中。
泡沫控制器则负责监测泡沫浓度，并根据设定值自动进行调节。
浓度检测器可以及时检测泡沫浓度，以保证施工质量。
同时，各个组件都需要与监测仪表进行连接，以实现数据的收集和分析。
三、泡沫控制系统的设计方案泡沫控制系统的设计方案需要考虑以下几个方面：泡沫浓度计算、泡沫发生器的结构设计、泡沫控制器的设计和浓度检测器的选型。
1、泡沫浓度计算盾构施工中的泡沫控制系统的设计应该遵循一定的原则。
基于泥浆密度值和土壤情况，可以通过泡沫浓度计算公式来计算泡沫浓度，从而确保盾构施工的正常进行。
2、泡沫发生器的结构设计泡沫发生器的设计应考虑泡沫液体的均匀喷射和应力分布，保证泥浆管道可以正常运转。
此外，泡沫发生器应具有防水、防腐等特性，以增强其耐用性。
土压平衡盾构施工泡沫剂效用分析
⼟压平衡盾构施⼯泡沫剂效⽤分析⼟压平衡盾构施⼯泡沫剂效⽤分析盾构⽤泡沫剂的使⽤⾄今已有近30年的历史，特别是近⼗年来使⽤泡沫剂来改良渣⼟的做法⽇益得到⼯程界的重视，应⽤范围和规模越来越⼤，但是受诸多因素的影响，对泡沫添加剂的使⽤多数停留在施⼯经验的基础上，理论上的研究不够。
国内在发泡剂产品的选择、泡沫应⽤等⽅⾯存在较⼤的盲⽬性，对泡沫注⼊效果的分析⽬前也没有确定的⽅法及标准。
因此，提出⼀套分析泡沫在盾构掘进施⼯中应⽤技术及效⽤分析⽅法对泡沫剂技术在盾构⼯程中的应⽤有着积极的指导意义。
1 泡沫剂技术在⼟压平衡式盾构掘进中的应⽤泡沫剂在盾构施⼯中的应⽤是通过⽆数⼩⽓泡组成的泡沫混⼊到渣⼟中来实现的。
通常我们所称的注⼊泡沫实际上是注⼊⽓泡。
泡沫是典型的⽓⼀液⼆相系，其90％，以上为空⽓，10％为泡沫剂溶液；⽽泡沫剂溶液90％～99％为⽔，其余为泡沫剂原液。
泡沫在⼟压平衡式盾构施⼯中的主要作⽤：(1)减少盾构机机械的磨损。
⼟压平衡式盾构机在摩擦性较⼤⼟体中掘进时，与⼟体发⽣作⽤的⼑具极易磨损，通过在⼑盘上注⼊泡沫材料，可以降低⼟体的摩擦性，减⼩⼑具的磨损。
(2)调整⼟仓内⼟体塑性流动性，⼟压平衡盾构法掘进过程中，⼟仓内⼟体性质如何，将直接影响盾构的顺利掘进，切削后的渣⼟具有良好的塑性流动性，不但可以能够使开挖⾯维持较好的⽀护压⼒，⽽且保证排⼟顺利进⾏，在盾构掘进中，由于地层的变化，未经处理进⼊⼟仓的⼟体通常难以获得希望的翅性流动性，此耐⼟仓内容易发⽣“泥饼”、“堵塞”等问题，严重影响掘进效率。
泡沫的注⼊可以有效解决上述问题。
(3)降低渣⼟的透⽔性，⼟压平衡式盾构机在砂砾层等强透⽔层地基施⼯时，开挖⾯过⾼的⽔压⼒会导致盾构机螺旋输送机出⼝发⽣地下⽔⼤量流失，严重时会发⽣喷涌。
影响掘进顺利进⾏，注⼊泡沫可以有效降低渣⼟的渗透性，有效防⽌掘进中喷涌的发⽣。
(4)降低切削渣⼟的内摩擦⼒，减少⼑盘、螺旋输送机的磨损，降低⼑盘扭矩，防⽌机器能耗过⾼发热⽽发⽣故障。
泡沫系统 (概述)
土压平衡盾构机(泡沫系统)的概述（1）引言泡沫系统是土压平衡盾构机中最重要的渣土改良系统。
长期以来不论是进口盾构机，还是引进国外技术在国内生产的盾构机，都配置进口的泡沫系统。
目前我国使用的盾构机中主要存在以下问题：a、小松盾构的泡沫溶液需要在箱罐内配制，虽然配合比准确，但不能适时配制从而影响进度；输送泵采用变频挤压泵，流量控制准确，但存在压力不稳定、挤压管损耗大等不足。
b、海瑞克盾构(输送水泵)采用定速泵，流量不可调节，压力过大时采用溢流卸压，流量控制偏差较大；泡沫系统采用电脑做为人机控制界面，变换控制参数时需频繁切换界面，用时较长；管路流量调节采用电动流量调节阀，调节延时较长，精度偏差大。
为了解决进口泡沫系统的不足，结合我公司使用、改进泡沫系统的经验，研制出可适时进行调节配合比、快速调节参数、输出稳定流量、快速控制流量的盾构机泡沫系统。
（2）泡沫系统的作用在盾构掘进过程中，为有效地控制地层对盾构机的损伤，除盾构机选型、设备改进外，复杂地层土体改良是控制地层损伤最重要的技术措施，其中泡沫土体改良尤为重要。
另外，泡沫系统还有使渣土具有较好的止水性(泡沫能置换土间隙中的水，提高开挖土的止水性，防止地下水高的砂层中“喷涌”现象的发生)，以控制地下水流失；使切削下来的渣土快速进入土舱，并利于螺旋输送机顺利排土；可有效地防止土渣粘结刀盘而产生泥饼；可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；可有效降低刀盘扭矩，降低对刀盘、刀具和螺旋输送机的磨损等作用。
泡沫系统的原理是将发泡剂( 液体) 与水的混合液和压缩空气相混合，经泡沫发生站作用生成30-400ｕm 的微细乳状泡沫，注入到掘削面（刀盘）、土舱和螺旋输送机，确保渣土顺利排出，保持掘削面稳定。
（3）现有进口盾构机泡沫系统的特点总结海瑞克盾构机、小松盾构机泡沫系统在人机界面、输送泵与控制、水与原液混合方式、管路流量调节、注人管路配置等方面的特点。
小松盾构机原液与水混合在箱内进行，按箱配制，溶液比例准确，但泡沫系统在工作状态时，不能实时进行配置，海瑞克盾构机采用一台变频泵供(泡沫原液)，一台恒速泵(供水)，混合时水流量恒定，只调节原液流量。
盾构机工作原理具体是什么
盾构机工作原理具体是什么盾构机的工作原理 1.盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推动油缸，将盾构机向前推动，随着推动油缸的向前推动，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，现在开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
2.掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到必然数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就可以维持稳固，开挖面对应的地脸部份也不致坍坍或者隆起，这时只要维持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就可以顺利进行。
3.管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道-次成型。
盾构机的组成及各组成部份在施工中的作用盾构机的最大直径为6.28m，总长 65m ，其中盾体长 8.5m，后配套设备长 56.5m，总分量约 406t，总配置功率 1577kW ，最大掘进扭矩 5300kN?m ，最大推动力为 36400kN，最陕掘进速度可达 8cm/min。
盾构机主要由9 大部份组成，他们别离是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
1.盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部份，这三部份都是管状简体，其外径是 6.25m。
前盾和与之焊在一路的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳固开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，能够用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有 30 个推动油缸，推动油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出能够提供给盾构机向前的掘进力，这 30 个千斤顶按上下摆布被分成 A 、B 、c 、D 四组，掘进进程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，如此盾构机就可以够实现左转、右转、抬头、垂头或者直行，从而能够使掘进中盾构机的轴线尽可能拟合隧道设计轴线。
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。
盾构机各系统原理浅析
盾构机各系统原理浅析本文针对分析海瑞克EPB土压平衡盾构机的各个系统及其工作原理，及整个盾构施工介绍。
海瑞克盾构机由西门子公司的S7-PLC自动控制系统控制，配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、泡沫设备、膨润土设备及SLS-T隧道激光导向设备，并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。
本文将就盾构机的工作原理、盾构机的组成、及各组成部分的功能结合实际施工情况做一简要阐述。
1盾构机的工作原理1．1盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
1．2掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
1．3管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400 kN，最陕掘进速度可达8cm／min。
盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
2.1盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。
盾构机械的结构与原理分析
盾构机械的结构与原理分析盾构机械一直是地下工程施工领域中不可或缺的重要设备之一。
其独特的结构和工作原理使得它成为隧道施工的重要工具。
本文将对盾构机械的结构和原理进行详细分析，以帮助读者更好地理解盾构机械的工作机制。
盾构机械一般由主体结构、推进系统、控制系统和刀具系统等部分组成。
其中，主体结构是盾构机械的骨架，支撑着整个设备的运作。
主体结构通常包括盾构机、推进机和仓壳等部分。
盾构机是盾构机械的核心部分，主要由前盾、尾盾和主盾组成。
前盾前端有一组刀具，用于钻削地层并推动盾构机向前推进。
尾盾则用于支撑后端洞口，防止土层坍塌。
主盾安装在前、尾盾之间，起到连接和固定的作用。
推进系统是盾构机械的重要组成部分，用于推动盾构机向前推进。
推进系统一般包括液压缸、推进盘和阻力盘等部件。
液压缸由一对油缸组成，通过推力将盾构机向前推进。
推进盘通过液压缸的运动实现轮胎与隧道壁面的接触和推进。
阻力盘紧贴隧道壁面，用于保持盾构机的稳定和平衡。
控制系统是盾构机械的智能化部分，用于控制整个设备的运行。
控制系统一般由PLC（可编程逻辑控制器）和人机界面组成。
PLC负责盾构机械的运行逻辑和参数控制，可以根据施工要求调整推进速度、刀盘转速等参数。
人机界面则提供操作员与控制系统的交互界面，用于监控盾构机的运行状态和进行操作控制。
刀具系统是盾构机械的作业部分，用于钻削地层和开挖隧道。
刀具系统一般由刀盘、驱动器和剥离器等组成。
刀盘安装在前盾前部，通过刀齿进行地层的钻削和破碎。
驱动器则通过传动系统将动力传递给刀盘。
剥离器则负责将破碎的地层从刀盘上剥离并运出隧道。
盾构机械的工作原理主要是利用刀盘的转动和推进系统的推力来实现隧道的开挖和推进。
首先，盾构机械进入施工区域，前盾与隧道壁面紧密贴合，阻力盘则作用于后盾。
然后，刀盘开始旋转，并通过刀齿对地层进行钻削和破碎。
推进系统则通过液压缸的推力，将盾构机推向前方。
同时，废渣通过刀盘上的剥离器剥离并运出隧道。
泡沫注入工法在盾构法隧道施工中的应用
浅述泡沫注入工法在盾构法隧道施工中的应用摘要：在隧道工程中，盾构法是一项极为有效的施工技术，目前应用于盾构法隧道工程中的盾构机也种类繁多。
本文中介绍了泡沫注入工法在土平衡盾构机隧道施工中的应用。
关键词：土压平衡盾构机；泡沫注入工法；操作模式中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：一、土压平衡盾构机隧道施工1.复合式土压平衡盾构机通常在盾构法隧道施工过程中采用复合式土压平衡盾构机比较普遍。
其工作的原理是向掌子面土体中注入泡沫剂和膨润土等塑性材料，使其与切削下来的土体充分搅拌，形成具有一定透水性的塑性体。
同时，在掘进过程中还要对盾构机的推进速度和螺旋输送机向外排土的速度进行匹配控制，塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，从而保证盾构机在推进过程中始终保持动态平衡状态。
因为这种复合式土压平衡盾构机，可以根据不同的土层条件来设计和配制出合适的泡沫剂，所以比较适合应用在复杂土层的隧道工程中。
2土压式平衡盾构机施工技术要点土压式平衡盾构机有三种模式，包括敞开式、半敞开式和土压平衡模式。
在对掘进模式进行选择时，我们应该根本地层的不同条件特征来选择。
通常情况下，对全断面岩层掘进时，我们可选择敞开式掘进模式，并使用泡沫剂对渣土进行改良；而对于存在软弱层的复杂地层，则可选择土压平衡模式，并采用泡沫和适量的膨润土对渣土进行改良。
采用此种模式时，土仓的压力不用过于频繁调节，只要保证土仓压力略高于掌子面的土压和水压力和即可；对于处理砂卵石或者上软下硬的土层，由于土层比较复杂，则同样需要采用土压平衡模式来掘进，因为在这种复杂土层掘进时控制土仓压力较难，所以掘进时必须认真对待每个环节。
二、泡沫注入工法在盾构法隧道施工中的应用1 泡沫注入工法概要泡沫注入法工法是指使用特殊的发泡材料制作成泡沫，随着盾构机的掘进，同时将泡沫注入刀盘或盾构机土舱内的施工方法。
注入的泡沫增加了切削土的流动性和止水性，而且能防止切削土粘附在土舱内，保持了刀盘切削面的稳定性，使盾构机能顺利地掘进施工。
盾构泡沫发生器的工作过程
盾构泡沫发生器的工作过程
盾构泡沫发生器主要是通过将水和发泡剂混合，通过高压泵连续供给，在注入盾构中形成泡沫混合液。
具体的工作过程如下：
1. 准备工作：首先需要准备好泡沫发生器设备，包括高压泵、容器、发泡剂等。
2. 将发泡剂装入容器，并向其中注入一定比例的水。
3. 开动高压泵进行加压，使混合物经过管道进入盾构掘进机内部。
4. 在进入盾构的同时，发泡剂被释放成泡沫状，不停地被挤压和捏实，形成坚硬的泡沫混合液，用来支撑掘进机进入的土壤和岩石。
5. 在盾构掘进过程中不断补充泡沫发生器中的发泡剂和水，以保证泡沫混合液的质量和数量。
6. 在盾构掘进完成后，停止泡沫发生器的工作，并将其设备清洗和保养，以备下次使用。
总之，盾构泡沫发生器的主要工作原理是通过将发泡剂和水混合，形成泡沫混合液，支撑掘进机在土壤和岩石中进行顺利掘进。
盾构泡沫发生系统（已处理）
盾构泡沫发生系统目录第1章绪论 11.1盾构机的发展历史 11.2我国盾构技术的应用现状及发展趋势 21.2.1应用现状 21.2.2 发展趋势 31.3 盾构技术的工作原理及其特点 41.3.1 盾构技术基本概念 41.3.2 盾构技术基本原理 41.3.3 盾构技术施工的基本特点 41.4 研究内容 51.5 本章小结 5第2章泡沫系统原理及施工控制 62.1 泡沫系统简介 62.2 泡沫注入工法 62.2.1泡沫注入法工法的特点 62.2.2 适用范围和使用材料72.2.3 泡沫改良土体的机理研究82.2.4 适合使用泡沫改良的地层92.3 泡沫加注系统 102.3.1泡沫加注系统的组成102.3.2 泡沫系统工作原理102.4 本章小结13第3章参数计算及选型143.1 泡沫系统参数的计算143.2 硬件的选型163.2.1 泡沫剂泵的选择163.2.2 水泵的选择 183.2.3 空压机的选择193.2.4 管路的选择193.2.5 各支路的阀、管接头、传感器及指示仪表等的选择 20 3.3 泡沫发生器的设计233.3.1 泡沫发生特性233.3.2 泡沫发生器主参数的确定243.4 本章小结27第4章盾构发展与展望284.1结论284.2展望284.2.1 盾构的发展方向284.2.2 我国盾构市场前景294.3 本章小结30参考文献31致谢32附录外文翻译33第1章绪论1.1盾构机的发展历史1818年Marc Isambard Brunel获得隧道盾构法施工的专利,并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道,初步证明盾构法隧道施工的价值。
1830年由劳德考克让施(Lord Cochrance)发明了施加压缩空气防止涌水的“气压法”。
1874年格雷蒙特(James Henry Greathead)在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气压盾构法的施工工艺,并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法,并开发了用流体支撑开挖面的盾构,开挖出的弃土以泥水流的方式排出。
隧道盾构机泡沫系统
隧道盾构机泡沫系统摘要：结合珠海城际轨道交通工程Φ8.78m复合式土压平衡式盾构机，对盾构机泡沫系统的电气控制原理进行分析。
盾构机电气控制系统使用先进的三菱PLC控制系统，可以对泡沫系统进行本地操作、远程控制、数据采集及存储。
系统操作方便，安全可靠。
关键词：盾构隧道；泡沫系统；电气控制1 项目背景随着我国基建大规模进行和城市地下空间的开发，越来越多的工程建设单位选用盾构机来施工。
盾构掘进机现已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构机是集机械、液压、电气于一体，专用于隧道地下开挖的技术密集型重大工程装备。
其技术先进，机构庞大，自动化程度高，本文就盾构机泡沫系统电气控制进行分析。
2盾构机泡沫系统2.1泡沫系统的作用盾构机通过盾构外壳和管片支承周围岩防止发生隧道内的坍塌，利用盾构推进千斤顶作用在管片上的力，使盾构机前进，通过刀盘的旋转，进行土体开挖，将切削的土渣通过螺旋输送机运输到电动小车上，再由小车运输到洞外。
盾构机在掘进过程中遇到黏土、粉土、粉砂地层时，由于这些地层的土质摩擦系数大，粘性强，会给土体开挖和输送带来困难。
此时利用盾构机的泡沫系统、膨润土系统和聚合物系统向开挖面注入添加剂，以改善土壤的流动性，同时也降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损，增加了排渣土的效率。
2.2泡沫系统的原理下面主要针对珠海城际轨道交通工程Φ8.78m土压平衡式盾构机的泡沫系统介绍，并对其工作原理进行分析。
泡沫原液由泡沫原液箱通过泡沫原液泵输送到泡沫混合液箱，从水系统向泡沫混合液箱加水，泡沫原液与水混合到指定配比，经搅拌后泡沫混合液分成六路向前输送。
压缩空气来自空气系统，经减压阀分成六路。
通过控制泡沫泵的流量与空气调节阀的开度，使压缩空气与混合液在泡沫发生器处按照一定比例混合，形成泡沫，经过中心回转节输送到开挖面。
泡沫系统操作界面1，泡沫出口压力 2、泡沫发生器 3、空气流量 4、混合液流量5、泡沫泵电机6、泡沫箱搅拌电机7、泡沫箱进水流量8、泡沫原液流量 9、泡沫原液泵电机 10、泡沫混合箱加水阀11、泡沫混合液箱进水累计 12、泡沫混合液箱进水累计清零13、泡沫原液累计 14、泡沫原液累计15、清水、泡沫原液注入量全部清零 16清水、泡沫原液总注入量17、清水、泡沫原液比例 18、1号泡沫管路泡沫累积量19、1~6号泡沫管泡沫总累积量 20、1~6号泡沫管泡沫总累积量清零21、1号泡沫管路流量设定 22、泡沫泵启动23、泡沫泵停止 24、空气调节阀开关25空气调节阀开度设置 26、泡沫混合液箱液位指示27、泡沫原液箱液位指示 28、泡沫原液与清水注入启动29、泡沫原液与清水注入停止2.3 泡沫系统的操作2.3.1泡沫混合液的自动调配设置泡沫原液和清水的注入总量，设置泡沫原液与清水的比例，此时在PLC中根据总注入量和清水原液混合比，计算出共需注入的原液量以及清水里量。
盾构学习总结
盾构学习总结盾构是一种现代化的隧道掘进技术，它的出现极大地改变了传统的隧道掘进方式，大大提高了隧道建设的效率和质量。
盾构学习总结主要包括盾构的基本原理、工作流程、施工方法、安全注意事项和未来发展方向等内容。
盾构的基本原理是利用盾构机在地下连续掘进并同时安装衬砌，形成一个完整的隧道结构。
盾构机是由刀具系统、推进系统、螺旋输送系统、回填系统和控制系统等部分组成，它能够在地下连续进行掘进和支护，不受地表交通和建筑物的影响，适用于各种地质条件的隧道建设。
盾构的工作流程主要包括预处理、掘进、支护、回填和出洞等阶段。
在预处理阶段，需要进行地质勘探、隧道设计、设备布置等工作。
在掘进和支护阶段，盾构机通过推进系统和刀具系统进行掘进，同时利用螺旋输送系统和回填系统进行材料运输和支护施工。
在出洞阶段，需要进行隧道结构检测和竖井开挖等工作。
盾构的施工方法主要包括硐室法、开挖法和顶管法等。
硐室法是在地表开挖一个深井，并在该深井内进行隧道掘进和支护施工；开挖法是直接在地下进行隧道掘进和支护施工；顶管法是利用顶管机进行隧道掘进和支护施工。
不同的施工方法适用于不同的地质条件和工程要求。
盾构的安全注意事项包括地质灾害防范、设备运行安全、工人作业安全等方面。
地质灾害防范是指在地下工程施工中要进行地质勘探和地质预测，采取相应的控制措施，确保施工安全。
设备运行安全是指盾构机在施工过程中要进行定期检查和维护，确保设备的正常运行。
工人作业安全是指工人要进行安全培训，严格执行操作规程，确保施工现场的安全。
盾构技术在未来的发展方向包括智能化、环保化和多功能化等。
智能化是指盾构机要加强自动化和智能化技术的研发和应用，提高施工效率和质量。
环保化是指盾构机要减少施工过程中的环境污染和资源浪费，推动绿色施工。
多功能化是指盾构机要实现多种功能的集成，满足不同地质条件和工程要求的隧道建设。
盾构知识点总结
盾构知识点总结一、盾构的基本原理盾构机是一种专门设计用于地下隧道开挖的设备，它通常由推进系统、掘进系统、土压平衡系统、注浆系统、排土系统、控制系统等组成。
盾构机的基本原理是通过在地下挖掘同时安装隧道衬砌或其他结构物，从而实现地下隧道的开挖和建设。
在工程现场，盾构机通常通过液压系统驱动，利用刀盘或刀盘刀具对地下土壤进行切削，然后将挖掘的土壤通过土压平衡或压力泥浆的方式排出隧道外。
隧道衬砌则通过推进系统安装到地下的开挖部位，从而形成完整的隧道结构。
二、盾构的分类盾构机可以根据其工作原理、结构特点以及适用范围等不同进行分类。
常见的盾构分类有以下几种：1. 按照工作原理分类：盾构机主要分为开式盾构机和闭式盾构机两种。
开式盾构是指在整个开挖过程中，土壤和水可以随着刀盘的转动自由流动，不需要采取特殊措施排出，一般用于稳定的土质条件下的隧道开挖。
闭式盾构则是指在开挖过程中通过压力泥浆或土压平衡的方式来控制土壤流动，适用于不稳定的土质条件下的隧道开挖。
2. 按照结构特点分类：盾构机可以分为硬岩盾构和软土盾构两种。
硬岩盾构主要适用于坚硬岩石层下的隧道开挖，其刀盘一般采用碳化钎头等硬质合金材料制成；软土盾构则适用于松软土质条件下的隧道开挖，其刀盘一般采用刀片、刀架等结构较为复杂的装置。
3. 按照适用范围分类：盾构机可以分为地铁盾构、道路盾构、排水管道盾构等不同种类，针对具体的工程需求进行设计和定制。
三、盾构的优点在地下隧道建设中，盾构机具有以下几大优点：1. 高效性：盾构机可以实现连续不间断的隧道开挖和衬砌施工，大大提高了开挖速度和工程进度。
2. 精准性：盾构机的开挖过程受到严格的控制和监测，可以保证隧道的准确尺寸和优质质量。
3. 安全性：盾构机工作过程中不会对地表造成破坏，减少了施工对周边环境和建筑物的影响，同时也降低了工人的工作风险。
4. 环保性：盾构机在工作过程中可以控制和处理排出的土壤和水，减少了对环境的污染，有利于城市生态环境的保护。
盾构学习总结
盾构学习总结盾构是一种用于地下隧道开挖的特殊工程机械，它可以在地下挖掘并同时支撑周围的土体，是现代城市地下工程建设中的重要设备。
盾构机的应用使得地下隧道工程施工更加高效、安全，并且可以减少对地表的影响，因此受到了广泛的关注和应用。
本文将对盾构机进行系统性的学习总结，包括其基本原理、工作原理、施工技术以及未来发展趋势等方面进行详细的介绍。
一、盾构机的基本原理盾构机是一种将挖掘和支护结合在一起的地下隧道工程施工机械，其基本原理是利用盾构机在土体中挖掘并支护隧道的将挖掘的土方通过输送系统运输出隧道。
盾构机由刀具系统、推进系统、土压平衡系统、泥浆循环系统、支护系统等主要部件组成。
其中刀具系统包括刀盘、割刀、扩张器等部件，用于切割土体；推进系统包括推进液压缸、主液压缸等部件，用于推进盾构机；土压平衡系统用于平衡土压力，泥浆循环系统用于输送挖掘的土方以及控制土体的平衡，支护系统用于对已经挖掘的隧道进行支护。
盾构机的基本原理是将这些系统和部件有机地结合在一起，完成地下隧道的挖掘和支护的过程。
二、盾构机的工作原理盾构机的工作原理可以分为三个阶段：推进阶段、开挖阶段和支护阶段。
推进阶段是指盾构机在地下隧道中不断推进，该阶段需要保障盾构机的平稳推进，以及对隧道口的土体进行稳定性支撑。
开挖阶段是指盾构机利用刀具系统进行土体的切割和开挖，同时通过泥浆循环系统将挖掘的土方输送至地表。
在支护阶段，盾构机需要对已经开挖的隧道进行支护，以确保隧道的稳定和安全。
在整个工作过程中，盾构机需要不断地循环进行这三个阶段，直到完成整个隧道的开挖和支护。
三、盾构机施工技术在盾构机的施工过程中，需要掌握一些关键技术，以保障盾构工程的顺利进行。
首先是地质勘察技术，通过对地下地质条件的详细勘察，可以为盾构机的施工提供必要的参考依据。
其次是刀具系统的设计和选择，不同地质条件和隧道要求需要选择适宜的刀具系统，以保障开挖效率和质量。
盾构机的泥浆循环系统和土压平衡系统的运行技术也是施工中需要重点关注的技术，这些系统的运行状况直接关系到盾构机的整体稳定性和施工效率。
盾构学习总结
盾构学习总结
盾构工程是一种先进的地下隧道施工方法，近年来在我国得到了广泛的应用。
盾构工
程具有施工速度快、工程质量高、对地面环境影响小等优点，因此受到了广大工程师和技
术人员的关注和喜爱。
在学习盾构工程的过程中，我深感其复杂和独特的施工原理，同时
也体会到了其广泛的应用价值和重要性。
下面我将结合自己的学习经验，对盾构工程进行
总结和回顾。
盾构工程的基本原理和技术特点。
盾构工程是一种利用盾构机械在地下推进施工的方法，其基本原理是利用盾构机械推动掘进头在地下进行掘进，并利用螺旋输送装置将掘进
的土屑输送到地面。
盾构机的主体是由前部的刀具和掘进头、中部的壳体和泥水处理装置，以及后部的驱动装置和控制系统组成。
盾构机在施工过程中需要根据不同的地质条件和工
程要求，采用不同的掘进方法和工程方案。
盾构机的推进、掘进和土层处理等技术特点，
决定了盾构工程施工速度快、质量高、安全可靠的特点。
盾构工程的应用领域和发展现状。
盾构工程在城市地铁、水利工程、交通隧道等方面
都有广泛的应用，成为地下工程中一种重要的施工方法。
随着我国城市建设的快速发展和
地下空间的开发利用，盾构工程得到了更加广泛的应用，成为地下工程建设的重要组成部分。
目前国内盾构机生产技术已经逐步成熟，国产化率也在不断提高，盾构机的施工质量
和性能也得到了持续的提升。
盾构工程在国际上也有着广泛的应用和发展，成为国际地下
工程领域的重要技术和装备。
盾构工程在我国和国际上的应用领域和发展现状均表现出了
良好的态势。
EBM盾构机单管单泵泡沫系统概述
《装备维修技术》2021年第12期—29—EBM 盾构机单管单泵泡沫系统概述侯柏春1范家鑫2（1辽宁神州北斗科技有限公司，辽宁 沈阳 110004；2米其林沈阳轮胎有限公司，辽宁 沈阳 110000）1、泡沫系统的作用盾构机通过盾构外壳和管片支承周围岩防止发生隧道内的坍塌，利用盾构推进千斤顶作用在管片上的力，使盾构机前进，通过刀盘的旋转，进行土体开挖，将切削的土渣通过螺旋输送机运输到电动小车上，再由小车运输到洞外。
盾构机在掘进过程中遇到黏土、粉土、粉砂地层时，由于这些地层的土质摩擦系数大，粘性强，会给土体开挖和输送带来困难。
此时利用盾构机的泡沫系统、膨润土系统和聚合物系统向开挖面注入添加剂，以改善土壤的流动性，同时也降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损，增加了排渣土的效率。
2、泡沫系统的原理我们最早的泡沫系统大多数是多管单泵的系统，由原液泵抽取泡沫原液直接与水在管路中混合，形成的泡沫混合液分别进入都各个泡沫分支管路中，再与压缩空气进行混合后喷出，但是这种系统存在一些弊端，如混合液分支虽然有多管路但是无法对每一路的液路流量进行控制，如泡沫原液与水在管路中混合，混合效果不佳等等。
所以经过研发改进，土压平衡盾构机现多引进单管单泵的泡沫系统，与多管单泵的泡沫系统类似，单管单泵的泡沫系统也是原液泵抽取泡沫原液与水混合，但不同的是，系统中加入了混合液箱，也就是原液与水混合的地点发生在混合液箱中，这样提升了混合的效果，使混合液混合更加均匀。
其中需要注意的是，原液泵是由变频器控制，变频器的频率直接决定了泡沫原液泵的排量情况，具体公式如下：原液泵频率=发泡率×水流量/0.4*500其中发泡率即泡沫原液与水混合的比例，范围大约为0-5%，具体数值的变化由实际发泡效果决定，一般为3%。
单管单泵系统中，由于加入了混合液箱，其液位的高低还可以控制原液泵的启停，如果混合液液位低于中液位，则启动原液泵，同时控制水的气动电磁阀得电，向混合液箱同时加入泡沫原液和水，直到加满至高液位为止。
盾构机构造及工作原理简介(二)
盾构机构造及工作原理简介(二)四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。
盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。
而盾构的主要组成部分即为盾体。
1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。
中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。
2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土前盾 中盾 后盾体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。
它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。
刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。
电机的防护等级需大于IP55。
为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)铲刀：铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。
铲刀切削刀：切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。
其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀：滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。
而推出式滚刀可替代外部已磨损的滚刀，从而减少复合地层的带压换刀，延长掘进距离，加快施工进度，缩短工期。
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精心整理
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%。