盾構機泡沫系統改進

葛 兵，趙懷輝，劉 兵

北方重工盾構機公司，遼寧沈陽 110141

1）盾構機上的泡沫系統是基于將泡沫原液與水、空氣混合發泡的原理，將這三種介質精確配比，充分混合產生優質泡沫的一些列復雜的控制和執行單元的組合。該系統主要由泡沫箱、泡沫泵、流量控制裝置、發泡裝置和噴射裝置構成。其工作原理是由泡沫泵將發泡劑原液按照一定的壓力和流量輸送至流量控制裝置中與水進行混合配比后再輸送至泡沫發生裝置與氣體混合產生泡沫，再由泡沫噴射裝置將具有一定壓力和流量的泡沫劑噴射到工作刀盤前端施工面上，達到改良土壤的目的。泡沫系統產生的泡沫廣泛用于土壓平衡盾構機的渣土改良、控制沉降等盾構施工環節，它具有價格低廉、效果良好、易于控制等特點，是盾構施工方常用的土壤改良方式，所以用戶對該系統可靠性要求高、使用頻繁、控制復雜。

目前我們土壓平衡盾構機所使用的泡沫系統，泡沫泵、空氣調整裝置、泡沫調整裝置、靜態混合器全部都是進口成品，價格比較昂貴，且體積較大，安裝位置分散；幾乎所有盾構機的泡沫系統，泡沫的最后生成都是經過CB1空氣和泡沫原液調整裝置分出的若干支路（圖1），而后所有支路經過管片橋后以一路泡沫+一路氣的形式匯集到盾體中的泡沫靜態混合器中，經過充分混合后形成泡沫溶液。在長期的車間裝配、調試以及設備工地使用反饋的情況看，泡沫系統在設計上一直存在著許多缺陷和不足，例如，靜態混合器是由一組進口的不銹鋼管（里面配有螺旋管和小瓷管）組成，每根管的長度約在1.5m左右，組裝而成的靜態混合器無論裝在盾體中的什么位置，在拆裝、連接管路的時候都相當困難，尤其在實際的工地維修過程中，給工人帶來極大的不便。還有，多路泡沫支路和氣體支路在經過管片橋時，管路疊加嚴重，給裝配和維修也帶來很大不便（圖2），往往是泡沫泵和泡沫箱在3號或者4號車上，空氣、泡沫調整裝置在1號橋上，而靜態混合器放到盾體里，操作調試都很困難，發泡效果還不理想。所以開發一套全新的體積小控制簡單可靠性高價格便宜易于購買配件的泡沫系統是提高盾構機整機性能、降低成本的最有效途徑。

圖1

圖2

2）通過長時間摸索、實踐和問題收集，筆者對盾構機泡沫系統的改進的思路是對系統的靜態混合器的改進、發泡介質的改進以及控制系統與靜態混合器的集成，他能極大地縮小整個泡沫系統的體積、提高發泡質量和更便于維修更換。再通過部分或全部配件的國產化有效的降低采購成本，產生很高的經濟和社會效益。

（1）靜態混合器的改進

設計出一種全新的泡沫靜態混合器器使之體積更小，可安裝到拖車上，為盾體內節省空間。

（2）發泡介質的改進

尋找一種能夠替代以往進口泡沫系統使用的陶瓷管的發泡介質，使之發泡效果更好，更容易購買和更換。

（3）將靜態混合器與泡沫劑和空氣流量控制系統集成

將改進后的泡沫靜態混合器與空氣和泡沫劑流量控制系統集成到一起，使操作更簡便，控制更簡單，體積更小、更易于維修和更換。

改進后該泡沫系統要求在管路直線距離20m的條件下能夠進行五路同時噴射，發泡效果優于傳統進口系統；流量精確可控，流量計準確反饋流量信號；體積小，集成度高，維修更換容易。選用材料及連接方式能夠滿足泡沫溶液5bar、空氣7bar的壓力要求。

3）經過反復嘗試，最后定案為將原來的CB1上的泡沫部分、CB1上的氣體部分以及盾體中的靜態混合器3部分融合到一起，在CB1上原來泡沫架、氣源箱的位置放置新的靜態混合器（圖3），這樣設計后，取消了原先需要進口的不銹鋼靜態混合器、泡沫架以及氣源箱，節省了盾體空間，使安裝和維修更加方便，以一個需要噴射九路泡沫的設備來說，僅管片橋部分需要安裝的管路就從原先的18根降為9根，把原來所使用的瓷管介質改成直徑5mm的塑料小球，這種介質容易購買，耐用方便更換，是取代原有介質的理想材料。這樣我們只需進口流量調節閥和流量計就可以實現發泡劑與空氣的混合調節和泡沫形成。改進后的泡沫靜態混合器在氣源壓力滿足要求的情況下可以將優質的泡沫噴射20m遠，其性能遠高于系統要求（圖 4）。

圖3

圖4

經過改進我們最大限度的縮小目前土壓平衡盾構機上泡沫系統的體積，將泡沫靜態混合器和發泡劑、空氣調節裝置集成在一起，占用空間更小。改進靜態混合器介質，使之更經濟、耐用、方便更換。實現發泡劑原液與水混合的流量控制，使混合配比更精確，發泡效果更好。使原泡沫系統整套進口該為部分進口或全部國產化，節省采購成本5成以上。所用配件更易于維修、更換和購買，方便了用戶，具有很高的社會效益。

[1]白云，丁志誠主編.隧道掘進機施工技術，2008.

[2]洪開榮,陳饋主編.盾構施工技術，2009.

[3]李粵主編.液壓系統plc控制，2009.