盾构机专用泡沫剂介绍
土压平衡盾构施工泡沫剂效用分析
（ 中铁十三局集 团公 司）
摘
要
鉴 于 目前 国内泡沫剂技术在辅助土压平衡式盾构施 工中存在 的一 些使用 问题 ， 在考虑 泡沫剂技
术在土压平衡式盾构施工 中的应用功效基础上 ， 泡沫剂 自身性 质和泡沫混 合土力学 性质两方 从 面着手 ， 合土压 平衡式盾构施工 的原理 ， 结 阐述了泡沫剂在盾构掘进施 工中应 用效用分析 的手段
在施 工经 验 的基础 上 ， 论 上 的 研究 不 够 。 国 内在 理
变化 ， 未经处理进入 土仓 的土体通 常难 以获得希望
的塑性 流 动 性 ， 时 土 仓 内 容 易 发 生 “ 饼 ” “ 此 泥 、 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 。
（） 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 。
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 ， ９ ％ 以上为空 气 ， ０ 为泡沫 剂溶液 ； 其 ０ １％
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６ ０
建设 ， 必须对土压平衡式盾构土仓 内的土体进行改
良， 使之 满足 如下 力 学性 质 ： 土体 不 易 固结 排 水 ； 土 体处 于较 理想 塑性 流 动状 态 ； 土体 具 有 较低 的透 水
性。
科学应 用 泡沫添 加材 料 ， 到适 时 、 量 的注入 做 适 泡沫 ， 就能 有效 的改 善 土 压平 衡 式 盾 构 土 仓 内土 体
盾构泡沫剂产品参数标准
泡沫剂产品介绍
产品介绍：
本产品由起泡剂、稳泡剂等多种表面活性剂和其他润滑材料调制而成。
是专门针对盾构机在隧道施工中的一种辅助材料，对不同土壤的适应性强。
能使砂岩类土体得到良好的止水性和润滑作用，并具有一定的支撑作用；对粘性土发挥良好的润滑作用，减少壳体与刀盘上的粘土附着力，有效降低扭矩，改善盾构作业参数，为盾构机的正常掘进提供有力的保障。
产品性能：
1、改良土壤塑性，以提供均匀可控的支撑压力使工作面稳定；
2、增加泥土的流动性，减小摩擦系数，降低能耗；
3、使泥土均质化，调整土仓压力，有效降低扭矩，防止堵塞发生；
4、减少渗透，加强工作面的密封性。
技术指标：。
分散型盾构用泡沫剂[发明专利]
![分散型盾构用泡沫剂[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6e36d0c74793daef5ef7ba0d4a7302768e996f81.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011045966.9(22)申请日 2020.09.29(71)申请人 中昊（大连）化工研究设计院有限公司地址 116023 辽宁省大连市高新园区黄浦路201号申请人 沈阳鑫山盟建材有限公司(72)发明人 赵汝鸣 韩建国 闻和咏 张宾红 (51)Int.Cl.C09K 17/18(2006.01)C09K 103/00(2006.01)(54)发明名称分散型盾构用泡沫剂(57)摘要本发明公开了一种分散型盾构用泡沫剂，是一种专用型盾构机用泡沫剂，应用于粘土施工地层。
该泡沫剂按重量百分比计算，含有发泡剂10.0～15.0%，水质稳定剂0.1～0.3%，稳泡剂1.2～3.0%，分散剂2.0～4.5%，水77.2～86.7%。
本发明的分散型盾构用泡沫剂，当盾构机在粘土地层施工中，降低粘土对盾构刀具和其他机械的粘附力，防止刀头和土仓堵塞，提高盾构掘进机的掘进速度，从而降低保养和维护成本。
权利要求书1页 说明书4页CN 112143503 A 2020.12.29C N 112143503A1.一种分散型盾构泡沫剂，其特征在于：按重量百分比计算，含有发泡剂10.0～15.0%，水质稳定剂 0.1～0.3%，稳泡剂1.2～3.0%，分散剂2.0～4.5%，水77.2～86.7%。
2.根据权利要求1所述的一种分散型盾构泡沫剂，其特征在于：所述分散剂为分子量在1000～2000范围内的环氧丙酸或环氧乙烷超支化聚合物。
权 利 要 求 书1/1页CN 112143503 A分散型盾构用泡沫剂技术领域[0001]本发明属于材料技术领域，本发明涉及一种在粘土地层下盾构施工用泡沫剂。
背景技术[0002]目前中国地铁工程建设迅猛发展，地铁隧道施工经常用到土压平衡盾构技术，这一技术的关键是要土体保持塑性流动状态，在施工中通常是向盾构机内注入一定的泡沫剂对土体进行改良。
盾构机泡沫系统原理与应用总结归纳
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SPC22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。
浅议盾构机施工过程中泡沫剂的使用及配比
浅议盾构机施工过程中泡沫剂的使用及配比摘要：目前，国内外盾构工程市场非常活跃，前景相当广阔，也形成了较成熟的结构设计计算理论和工程实践体系，但地铁盾构隧道施工的质量缺陷仍存在一些尚未得到很好解决的问题，如管片的渗漏、裂纹、错台、崩角、扭转等。
本文在对盾构隧道质量缺陷的影响因素作简单分析基础上，提出了泡沫剂的作用及使用，以期在设计与施工过程中对上述缺陷加以弥补。
关键词：盾构机；泡沫剂；指标目前，国内的地铁建设方兴未艾。
在北京、上海、广州等大城市的地铁建设中已经较多使用盾构法施工，其中又以使用复合式土压平衡盾构机为多。
在以土压平衡模式掘进时，如在砂层、砾石层，尤其是颗粒粒径较大的土层掘进施工中，由于土体粘性大、摩擦力大、透水性高和切削土的流动性差等原因，进入土仓内的土体和进入螺旋输送系统的土渣易被压实，而难于排出。
为解决上述问题，在目前地铁施工现场中多使用一定浓度、压力和流量的泡沫剂加注到工作区域，在开挖过程中注入水、膨润土泥浆或泡沫剂，通过充分搅拌后，可以使土体的性能得到改良，保证土体的流动性，并减少土体的透水性，同时使得开挖面保持稳定。
同时加注泡沫还可减少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少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少。
一．泡沫剂的使用原理泡沫剂的作用主要来自于其中的活性剂成分。
活性剂是指添加量很少就可以大大降低溶剂表面张力的物质。
活性剂具有渗透、乳化、发泡、减摩等作用，这些作用都源于活性剂分子在气—液界面和液—固界面上的吸附。
在气—液界面和液—固界面上，泡沫剂中的活性剂分子会形成定向排列。
这种定向吸附作用，形成了定向的吸附膜，可明显降低界面间的表面张力，同时也可增加界面膜的机械强度，于是形成了泡沫并使泡沫能比较稳定地存在。
活性剂的润滑和减摩作用也是来自于摩擦界面上形成的这层吸附膜，它降低了固体表面的自由能，使得摩擦系数下降。
活性剂分子不仅可以自动吸附在液体和固体颗粒的表面，而且还可以渗入到表面细微裂缝中，并在水力携压的作用下加速裂纹扩展，起到渗透作用。
盾构机泡沫系统原理与应用
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,保持掘削面稳定,适合于靠土压支持的盾构在掘进过程中泥土粘性非常高的意外情况.由于经泡沫调节后的土壤具有良好的流动性和塑性以及防水渗透性,所以泡沫的使用扩大了土压平衡盾构机适宜开挖的土壤范围,同时大大降低了刀盘扭矩,减少了刀具的磨损.目前,土压平衡盾构机大都配备了泡沫系统,泡沫也成为渣土改良必不可少的添加剂.1 泡沫系统的组成与原理泡沫系统由以下部件组成,如图1：刀盘上有8个注入点土仓压力板上有4个注入点螺旋输送机上有4x2个注入点1个水泵,流量为133l/min1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.泡沫是在泡沫发生器内用空气对液体进行搅拌混合而获得的.空气和液体的剂量是通过SPC操作单元和流量计来计量的.是否进行调整主要是根据掘进速度、支持压力和所给的配方来决定.泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动.通过控制可控制球阀,盾构机操作手通过泡沫系统的显示面板按钮或开关元件向有关注入点将泡沫注入到刀盘前端、土仓和螺旋输送机内.2 泡沫系统的操作图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,需设定泡沫浓度和工作仓最大土压.泡沫浓度可以在1-5%之间设定.手动模式时,按下手动模式按钮,再按下想要注入泡沫管路的管路按钮,再通过SPC操作单元旋钮手动控制空气的流量和泡沫混合液体的流量,还可以在显示面板中空气实际值和混合液体实际值旁边的加减按钮控制.半自动模式时,按下半自动模式按钮,按下想要注入泡沫管路的管路按钮.通过参数的输入面板设置每条管路的流量和FER,对注入的泡沫进行控制.FER设置范围为0-30.自动模式时,按下自动模式按钮,按下想要注入泡沫管路的管路按钮.通过参数的输入面板设置每条管路的流量比、FER和FIR,对注入的泡沫进行控制.3 泡沫系统应用泡沫系统有三种调节模式：手动、半自动、自动,在实际掘进施工中,主要以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.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：刀盘转速推进速度为5mm/min,土仓压力为土仓水头压力加,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,在没有更换刀具的情况下,顺利通过了基岩隆起区.采用自动模式适应砾质粘土地层的推进自动模式一般在推进速度稳定的情况下使用.在深圳地铁3号线3102标工程有部分地层为砾质粘土,其中上部为砂层,下部为砾质粘土,且粘土成分高达60%,刀具非常容易结泥饼.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：刀盘转速为min,推进速度为40mm/min,土仓压力为土仓水头压力加,并注入湿润泡沫.在掘进速度正常的情况下,我们一般采用自动模式注入泡沫,FER设定为12,每管流量比设定为25%,那么FIR设定多少呢FIR为注入率=注入泡沫总量/开挖渣土的容积,决定注入泡沫量的多少.根据实验结果和至今的实绩综合考虑,注入率Y的估算公式如下：Y％＝a／2×{60-4×＋×＋×}；式中Y－泡沫注入率％；D－0.075mm粒径的通过百分率,4×＞60时,取4×＝60；E－0.42mm粒径的通过百分率,×＞80时,取×＝80；F－2mm粒径的通过百分率,×＞90时,取×＝90；a－均粒系数VC 决定的系数,VC＜4时,a＝；4≤VC≤15时,a＝；15≤VC时,a＝.当Y＜20％时,取Y＝20％.盾构机穿越砾质粘土地层D=,E=,F=28, VC=14,计算得Y％=2×{60-60＋＋}=,因此在泡沫注入率为%.。
一种盾构机专用泡沫剂及其制备方法和应用[发明专利]
![一种盾构机专用泡沫剂及其制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5980a3d49a89680203d8ce2f0066f5335a81671c.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810650204.8(22)申请日 2018.06.22(71)申请人 湖北工程学院地址 432000 湖北省孝感市交通大道272号(72)发明人 龚春丽 文胜 刘海 张丙青 舒宏晖 覃彩芹 郑根稳 汪连生 钟菲 (74)专利代理机构 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙) 11371代理人 刘丹丹(51)Int.Cl.C09K 17/48(2006.01)C09K 17/14(2006.01)C09K 103/00(2006.01)(54)发明名称一种盾构机专用泡沫剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种盾构机专用泡沫剂及其制备方法和应用。
本发明所述盾构机专用泡沫剂主要由以下原料制成：阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、稳泡剂、增粘剂，以及水。
本发明盾构机专用泡沫剂的发泡性能优异，粘附性和稳定性高，大大提高了盾构施工的效率和安全性，且对土壤和周边环境无污染。
权利要求书1页 说明书8页CN 108774535 A 2018.11.09C N 108774535A1.一种盾构机专用泡沫剂，其特征在于，所述盾构机专用泡沫剂主要由以下原料制成：阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、稳泡剂、增粘剂，以及水；优选的，所述水包括去离子水。
2.根据权利要求1所述的盾构机专用泡沫剂，其特征在于，按照重量份数计，所述盾构机专用泡沫剂主要由以下原料制成：阴离子表面活性剂10～25份，两性表面活性剂5～15份，稳泡剂1～5份，增粘剂0.1～1份，以及水50～80份；优选的，按照重量份数计，所述盾构机专用泡沫剂主要由以下原料制成：阴离子表面活性剂10～22份，两性表面活性剂6～12份，稳泡剂1～2份，增粘剂0.3～0.8份，以及水50～80份。
3.根据权利要求1所述的盾构机专用泡沫剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括：十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸盐，或者月桂醇聚氧乙烯硫酸钠中的一种或几种的混合物。
盾构泡沫用量计算公式
盾构泡沫用量计算公式
哎呀，这话题听起来挺专业的，不过别担心，我尽量用大白话给你讲讲这个盾构泡沫用量的计算公式，让你听起来不那么枯燥。
首先，得知道盾构泡沫是干啥用的。
简单来说，盾构机在地下挖隧道的时候，泡沫就像是润滑剂，帮助盾构机更顺滑地前进，还能减少对周围土体的扰动。
这玩意儿用量得算准了，多了浪费，少了又不够。
好了，咱们来聊聊计算公式。
这个公式其实挺简单的，就是用量=（盾构机每分钟推进距离×泡沫密度）÷泡沫的体积效率。
听起来是不是有点绕？别急，我给你举个例子。
比如说，盾构机每分钟能推进0.5米，泡沫的密度是1.2千克/立方米，泡沫的体积效率是0.8。
那咱们就把这些数字往公式里一塞，用量=（0.5×1.2）÷0.8，算出来大概是0.75立方米。
这就是盾构机每分钟需要的泡沫量。
当然，实际情况可能更复杂，比如盾构机推进速度会变化，土质不同泡沫的用量也会有所不同。
所以，这个公式只是个基础，实际操作中还得根据具体情况调整。
不过，你也别小看了这个公式，它可是盾构工程中节约成本、提高效率的关键。
想想看，如果泡沫用量控制得好，不仅能减少材料浪费，还能让盾构机工作更顺畅，这可是双赢啊！
最后，别忘了，这玩意儿虽然听起来高大上，但其实就是工程中的一个小细节。
就像做菜时放盐一样，放多了咸，放少了淡，刚刚好才能做出美味。
盾构泡沫用量的计算，也是这个道理。
希望这个例子能让你对盾构泡沫用量计算公式有个直观的理解。
下次再听到这个话题，你也能跟人侃侃而谈了。
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盾构机专用泡沫剂介绍
“盾之构”盾构机专用泡沫剂是由多种表面活性剂、稳定剂、强化剂和渗透剂等复配而成，载体为水。
在工作过程中，泡沫剂与水混合，在盾构机刀盘、压力舱和排土器的发泡装置内，经压缩空气的作用，发出无数直径为30－400微米的气泡，同时被注入到盾构机内与开挖土混合，对开挖土进行改良，使开挖土呈“塑性流动状态”，保证盾构的顺利进行。
泡沫本身具有一定的强度，产生一定的支承作用，使开挖土的流动性提高，压力舱内土体不易堵塞，同时能降低刀盘和排土器的扭矩，利于稳定掘进。
由于微细气泡的润滑作用，可以防止开挖土粘附刀盘面板和压力舱内壁，利于正常开挖。
同时，气泡可以置换开挖土颗粒间隙中的水，提高开挖土的止水性，防止地下水位高的砂地层中“喷涌”现象的发生。
此外，由于气泡具有压缩性，可以提高改良后的开挖土的压缩性，从而抑制“结饼”问题的发生，并使开挖土压变动小，利于开挖面的稳定。
经泡沫剂改良后的开挖土，因为具有良好的流动性，使出土变得更容易。
由于泡沫从盾构压力舱排出时有一个减压过程，会自行破泡，因此不要加入消泡剂。
1.盾构机专用泡沫剂的作用
盾构机专用泡沫剂可对开挖土进行改良，其具体作用如下：
（1）泡沫有良好的润滑作用和一定的强度，可降低压力舱内土体的内摩擦角，提高开挖土的流动性，防止“闭塞”现象发生，同时降低了刀盘和排土器的扭矩，利于稳定掘进。
(2) 泡沫具有压缩性，可提高改良后的开挖土的压缩性，抑制“结饼”问题的发生。
同时开挖土压变动小，利于开挖面的稳定。
(3) 泡沫有一定的弹性和润滑作用，能降低土体的黏度，防止开挖土粘附于盾构机刀盘面板和压力舱内壁，有利于松散出土。
（4）泡沫能置换土颗粒间隙中的水，提高开挖土的止水性，防止地下水位高的砂地层中“喷涌”现象的发生。
（5）改良后的开挖土，出土容易，可用于回填，无残留、无毒害，泡沫喷射装置操作简单，泡沫对机器无腐蚀。