盾构构造与操作维护课件 9.渣土改良与压缩空气系统

复习：请描述同步注浆泵的工作原理（即吸料、泵送的过程）泵送缸差动油缸水箱控制阀单元水平型液压控制阀块框架盾构构造与操作维护

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渣土改良及压缩空气系统渣土改良系统压缩空气系统1.2.

内

容01渣土改良系统1.1泡沫系统1.2膨润土系统盾构机上为什么要安装渣土改良系统？渣土改良系统在什么位置？思考渣土流动困难背景

当开挖土体不进行渣土改良时,就会给施工带来困难,这种施工困难主要表现为以下几种:

a、刀具磨损严重、刀刃无法切削b、刀盘及土仓结泥饼、堵塞刀盘开口部分c、土仓内温度高，降低主驱动密封寿命d、土压平衡很难建立e、造成突泥涌水现象

结泥饼

渣土改良就是通过盾构配置的专用装置向刀盘面、土舱内或螺旋输送机内注入水、泡沫、膨润土、高分子聚合物等添加剂，利用刀盘的旋转搅拌、土舱搅拌装置或者螺旋输送机选择搅拌使添加剂与土渣混合，使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力。1、渣土改良系统渣土改良系统

盾构机渣土改良系统主要由泡沫系统和膨润土系统组成，其中泡沫系统需要使用大量压缩空气。

膨润土系统及泡沫系统在桥架前部共用一套管路，两个系统用球阀隔离。

2号台车膨润土加注系统

3号台车泡沫系统1.1泡沫系统泡沫是如何产生的？其作用都有哪些？

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。

泡沫中90%是空气，另外10%中的90%-99%是水分，剩下的才是发泡剂。在数小时内，渣土中泡沫里的大部分空气就会逃逸而恢复原来的粘结状态，更便于运输。

泡沫适合用于细颗粒土层中。一般来说，在渗透系数超过10-5m/s的较粗颗粒土层中不适用。泡沫系统泡沫系统（1）泡沫的作用1)改善土体流塑性：使开挖出的土体均匀，从而使其容易充满土仓和螺旋输送机的全部空间，便于螺旋输送机出土。2)润滑作用：气泡包围土体，减小土体与土仓面板的摩擦力，降低刀盘和螺机扭矩。3)稳定土仓压力：因泡沫中的气泡具有可压缩性，能减少土仓压力的波动性。4)阻水性：因气泡填充了土体颗粒间隙，使其渗透性减小，止水性增强。

盾构掘进过程中使用泡沫剂的目的是改善土体的和易性，保持密封土仓内土压的稳定和出土的顺畅，当泡沫与渣土混合时可产生这些作用：泡沫系统泡沫系统（2）泡沫系统的位置泡沫系统（2）泡沫系统的位置泡沫系统主要由泡沫发生器、流量计、空压机、泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、调节阀、压力传感器和管路等组成。泡沫系统在控制室内控制，分为手动、半自动、自动三种模式：手动模式：完全由盾构机司机手动调节水、空气、发泡剂的流量等。半自动模式：可预先设置好每个泵及气体调节器的参数，由系统自动配比，司机只需根据现场情况控制每路泡沫的开关。多数采用半自动模式。自动模式：根据土仓压力、掘进速度等，设置混合比，由系统自动控制，无需人为干涉。泡沫系统（3）泡沫系统的组成（3）泡沫系统的组成泡沫系统泡沫原液泡沫螺杆泵流量计变量阀气体流量计泡沫发生器压力传感器单向阀手动阀泡沫观察管（玻璃管）离心水泵1.泡沫剂罐2.安全阀

3.泡沫剂泵4.水压表5.液体流量计

6.水泵7.水压力感应开关8.电磁阀9.节流阀10.气压表

11.减压阀组件12.气压表13.气体流量计14.电控空气剂量调节阀15.气压表16.电控溶液剂量调节阀17.液体流量计18.压力表19.泡沫发生器

20.透明观察管21.压力传感器泡沫系统内部充满直径5mm的玻璃球，使混合液和气体在其内部充分混合，以提高泡沫质量。泡沫发生器泡沫系统泡沫发生器泡沫观察管（玻璃管）压力传感器单向阀十字接头膨润土泡沫观察管（玻璃管）泡沫系统压力传感器中心回转——往刀盘前端注入流体的通道泡沫系统泡沫系统泡沫系统关键参数泡沫浓度为发泡剂在水溶液中的浓度；FER为膨胀率=单条管路泡沫（气+混合液）体积/单条管路液体（混合液）体积；FIR为注入率=注入泡沫（气+混合液）体积/开挖渣土的体积。泡沫浓度和膨胀率与泡沫原液的质量关系最大，应选用稳定好和起泡能力强的泡沫。泡沫系统地层名称泡沫注入率（%）聚合物添加剂黏土30~80分散剂砂质黏土40~60分散剂砂质粉土20~40增粘剂砂土30~40增粘剂+粘结剂砂石层25~50增粘剂+粘结剂砂卵石30~60增粘剂+粘结剂泡沫系统注入率FIR设计参数表任务1打开图纸，识读泡沫系统的原理图，标出图中的元器件名称，并寻找泡沫去螺机的管路图。

膨润土是一种层状含水硅酸盐，膨润土的矿物学名称为蒙脱石，民间俗称观音土、胶泥。由于其钾、钙、钠元素含量的不同，其性质也略有不同。天然膨润土主要以钙基为主，可经人工改性为钠基膨润土、有机膨润土和活性白土。1.2膨润土系统什么是膨润土？有哪些特点？膨润土系统

盾构施工主要利用到的膨润土性质：吸湿性：能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍；在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。膨胀性：膨润土具有遇水膨胀的特性，钙基膨润土膨胀时，为自身体积的3倍左右，钠基膨润土膨胀时约为自身体积的15倍左右。（1）膨润土特性

膨润土浆液主要用于富水砂层的渣土改良，能有效的降低富水砂层渣土的压缩性和渗透性，提高流塑性。有利于盾构控制土仓的土压，并能提高出渣效率，并有效的防止喷涌。膨润土还能起到润滑的作用。膨润土系统（2）膨润土的作用土压平衡盾构机通过膨润土向盾构机不同部位注入膨润土泥浆，可起到如下作用：①刀盘面前方：膨润土泥浆可有效润滑刀盘与掌子面的接触面，起到减小掘削阻力降低温度的作用；②土仓内：可有效改良渣土，降低渣土的内摩擦角，增强充填性和止水性，利于出渣和“土塞效应”的产生。③螺旋输送机内：润滑作用，降低渣土对螺旋输送机的磨损并防止渣土堵塞螺旋输送机；④盾壳外：润滑作用，有效降低盾构掘进的外周阻力。膨润土系统（3）膨润土改良渣土部位

膨润土系统主要由：储浆箱（膨润土罐）、膨润土泵、流量计、管道、自动阀门等组成。由地面制备好运输至后方台车上。在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将泥浆经管道压入刀盘、土仓、螺机内、盾壳外周。膨润土的注入可实现手动控制和自动控制。膨润土系统（4）膨润土系统组成及原理膨润土系统泡沫剂罐泡沫泵（变频调节）泡沫过渡罐泡沫发生器膨润土罐膨润土泵高压泵外循环水混合液压缩空气高压泵混合液高压泵混合液高压泵混合液高压泵混合液刀盘、土仓、螺旋输送机气源膨润土（4）膨润土系统组成及原理泡沫发生器泡沫发生器泡沫发生器泡沫发生器

识读膨润土系统的流程图（铁建重工）任务202压缩空气系统

在盾构机中哪些地方会用到压缩空气？压缩空气系统1为盾构上气动油脂泵、气动隔膜泵、气动球阀等气动设备提供动力源；2为泡沫系统供气，以产生泡沫，改善渣土性能；3为保压系统供气，以保证人舱压力的稳定；4为铰接密封紧急气囊供气，以防砂浆、切削水土等泄漏到隧道内；5对膨润土进行搅拌，以防其凝固；压缩空气系统（1）压缩空气系统的作用人仓及保压系统泡沫系统气动油脂泵、气动球阀、各节拖车预留维修用气口、铰接紧急密封气囊空压机储气罐过滤器过滤器空压机过滤器压缩空气系统（2）压缩空气系统的组成压缩空气系统（2）压缩空气系统的组成

压缩空气系统主要由空压机、过滤器、储气罐、三联件、控制阀门及管路等组成。空压机吸入外界空气并将其压缩成高压气体，进入储气罐，一部分流经管路分配到各个拖车处供工业用气和给气动球阀提供动力；一部分再次经过高效过滤器给自动保压系统提供气源。（2）压缩空气系统的组成压缩空气系统

第一部分是空压机，现最常用的有螺杆式空压机和活塞式空压机两种，它是压缩空气系统最主要的设备，是生产压缩空气的机器。第二部分是压缩空气储气罐，也叫气包，它有两个作用，一个作用是储存压缩空气，另一个作用是分离压缩空气当中液态的水分和油分。压缩空气系统（2）压缩空气系统的组成

第三部分是干燥机，包括冷冻式干燥机和吸附式干燥机两种，它的作用是分离压缩空气当中气态的水分，作用原理相当于空调的，将高热的压缩空气通过冷媒压缩机降到露点温度，释放出压缩空气当中99%的水分。（2）压缩空气系统的组成压缩空气系统

第四部分是除尘，除油过滤器，作用是将压缩空气当中粉尘和油污最大程度的过滤掉。这样的一个压缩空气系统，最终得到的压缩空气是非常洁净，非常干燥的，满足90%以上用气需求，如果特殊需求，加装除菌，除臭等多道过滤装置。压缩空气系统（2）压缩空气系统的组成空压机按工作原理分为容积型和速度型；容积型又可分为活塞式、螺杆式两种；速度型又可分为离心式和轴流式两种。压缩空气系统（3）空气压缩机活塞式螺杆式空压机——螺杆式空压机螺杆式空气压缩机主要由进气系统，传动系统，主机，冷却润滑系统、油分系统、排气系统，电力控制系统等组成。压缩空气系统（3）空气压缩机螺杆式空压机主机工作过程压缩空气系统（3）空气压缩机储气罐的作用：1.存储一定量的压缩空气；2.稳定系统压力；3.分离压缩空气中的水分注意：储气罐要定时排水！压缩空气系统（4）储气罐压缩空气系统（4）储气罐空气过滤器气动减压阀油雾器压缩空气系统（5）气动三联件空气过滤器：用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水分，避免水分随气体进入装置。减压阀：可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤。油雾器：可对机体运动部件进行润滑，可以对不方便加润滑油的部件进行润滑，大大延长机体的使用寿命。压缩空气系统（5）气动三联件压缩空气系统排水器安装组件托架压力表压力锁定油调节旋钮油杯护罩F.R.L.单元是：Filter+Regulator+Lubricator挡水板滤芯气动三联组合F·R·L—过滤器AF压缩空气系统楔型导流板分离并收集杂质带斜槽的切口使得压缩空气进入之后发生强烈旋转空气中的液态水和固体颗粒随着旋转的离心作用分离并沉积下来档水板使得分离出的水和固体颗粒不会粘附在过滤器上必须进行日常的检查，以免水面升高从而污染过滤器滤芯压缩空气系统气动三联组合F·R·L—过滤器AF气动三联组合F·R·L—减压阀AR2468104080120lbf/in2barP1P2反馈孔膜片主阀芯调压弹簧溢流孔压缩空气系统把压力P1降低到合适的工作压力P2当调压阀前后流量不发生变化时，压力稳定在P2流量的变化使主阀芯打开到足够的开度以满足在压力P2下的流量压力P2可以通过固定在调压阀上的压力表调节2468104080120l