1、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
2、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
3、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，
4、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 泵泡
5、沫体积小，能分解粘结在一起的粘土矿物颗粒。发泡剂产生的泡沫 90%是空气，另外 10%中的 90%-99% 是水分，剩下的才是泡沫剂。2 故障排除2.1 故障现象当盾构机掘进了四百多环的时候，我单位右线的 S-417 盾构机泡沫系统发生如下故障：盾构机控制室 PDV 电脑显示液体有流量，但在连接桥泡沫发生装置检查的球阀处打开也没有泡沫。2.2 原因分析盾构机泡沫系统的故障主要有：泡沫剂的发散效果不佳和泡沫系统的管路堵塞两类。 泡沫的发散效果决定于泡沫添加剂的物理性能、各种介质的配比要求及泡沫发生器结构，在工程施工中可以通过改善施工工艺（如发泡时间）来提高泡沫剂的发散性能和充分发挥泡沫的发散效果
6、。在泡沫系统管路中，较易发生堵塞的部位为泡沫管的注入端及土仓隔板上的球阀。堵塞后的球阀。堵塞后的管路有两大特征：一是堵塞泡沫管注入端的介质多为结实了碴土；二是堵塞的球阀介质多为背衬注浆后产生的注浆液。管路产生堵塞的原因主要是：泡沫管注入端一点一点地堆积，形成土堆，最后堵塞管路，此种情况较多；颗粒比较大的碴土直接堵塞管路，和各情况比较少；盾构机处于停机状态时，由于土压、水压的作用，背衬注浆后的注浆液在泡沫管中的回流、凝固，导致球阀堵塞。 检查过程:在日常的巡检中，将连接桥部位的球阀打开，发现喷出的液体不成泡，进一步用手检查发现，抓到手里的液体中没有泡沫剂，因为手上粘得液体不滑，与用手抓水的感觉一
7、样。检查 4 个液体流量计、4 个液体流量电控阀、4 个气体流量计、4 个气体流量电控阀，发现这些部件的功能均完好。进一步检查盾构机控制室PDV 电脑设置，泡沫系统的各项参数正常，于是排除系统参数设置的问题。说明泡沫管路发生了堵塞。检查压力传感器测出的压力为 2.3bar 左右，与土仓的平均压力1.8bar 很接近，说明传感器以后的泡沫管路是通的，再加上压力传感器以后的管路为 2 寸管，发生堵塞的可能性不大。于是从源头上进行排查，泡沫箱有泡沫，检查泡沫原液流量计无显示，认为有 2 种可能：一种可能是泡沫泵有故障，泵不出泡沫剂；另一种可能就是泡沫剂管路堵塞，泡沫流不出来。手动控制泡沫泵，拆除泡沫
8、剂原液流量计前的管路接头，发现有泡沫剂原液流出，故排除泡沫泵故障，压力不足的可能。装回原来的管路，拆开流量计后的活结头，启动泡沫泵，流量计显示有流量，说明流量计功能完好。再拆除流量计后面到与水混合前的一段管路，拆下后用水冲洗，发现管路中有部分细砂。经过分析认为，盾构机的外部循环水，也是泡沫系统的供水源受到了污染，回想起几天前下暴雨，循环水池没有遮盖，雨水带的泥沙流入了盾构机循环水池中，致使整个外循环水受到了污染。为了进一步确认发生此次故障的原因，拆开外循环水的过滤器，发现水滤袋中有许多砂粒，并且部分已经破损，到此时故障原因已十分明了。2.3 故障排除拆开泡沫泵处及连接桥处泡沫管路，包括泡沫发生器，用水进行了彻底的清洗后，故障消除，整个泡沫系统工作正常。3 结束语盾构机的泡沫系统受盾构机程序自动控制，功能相当强大，但用户在选用泡沫剂时，一定要选用优质的泡沫剂，另外在提供盾构机用水时，要按盾构机操作手册的要求，使用干净的水，还必须过滤盾构机用水，及时清理循环水池，这样才能保证盾构机泡沫系统的正常运行。
