本文论述了在土压平衡盾构隧道施工中，可通过加注泡沫改良开挖面土体，扩大土压平衡盾构机适用地层的范围，井结合深圳地铁一期工程华强路—岗厦区间的工程实践，分析总结了在盾构机穿越不同地层时泡沫的应用情况，论证了向开挖面压注泡沫材料来保证开挖面稳定 和砂性塑流的优点。 1、前言
一般土压平衡盾构机适用于内摩擦角小、渗透系数在10负6次m／s以下的易塑流的粘性土层。在砂层、砾石层中，对于颗粒粒径较大的地层，土的摩擦力大，透水性高，切削土的流动性差，不能很好的传递压力，在这种土层中要保持开挖面稳定难度很大。为解决砂性土的塑流，可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，改变土的成分，以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定。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。
城市地铁隧道大都需要穿越不同的地层，在一条线路上可能会有部分不适宜土压平衡盾构
机施工的地层，这就限制了土压平衡盾构的适应范围，但是如采用万能的泥水盾构则造价比较高，而且需要很大的场地来安置泥水处理循环系统。目前城市地铁施工可提供的场地越来越小，因此为扩大土压平衡盾构机的使用范围，使其能够适应各种不同地层的变化，可采取通过加注泡沫系统的办法来实现这目的，使土压平衡盾构机造价低、容易控制操作的优点得到充分发挥。加泡沫后改变土壤渗透系数、扩大土压平衡盾构机适用渗透系数土体及粒径的范围。
2、泡沫的发泡原理和工艺流程
2.1 发泡原理
发泡系统由泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道泵组成，将发泡剂、聚合物与水混合后，人压缩空气将液体膨胀产生泡沫，通过刀盘上的4个性人口注人开挖仓内。
多聚磷酸盐 2.2泡沫制造工艺流程
2.3 泡沫的膨胀率和注入比
（1）泡沫的膨胀率（FER）。FER=（液体的流速1／mm）： （空气的流速1／mm）；FER越大说明泡沫越高纯球形硅微粉“稀”或越“湿”，—般取值在1：6～1：15之间。
（2）泡沫的注入比（FIR）。FIR=（泡沫加注速率）／（土壤的开挖速率）x100％；—般取值在40％～100％之间。
摘要：鉴于国内目前气泡剂技术在辅助土压平衡式盾构施工中存在的一些问题，本文在考虑气泡剂技术在土压平衡式盾构施工中的功效基础上，从气泡剂自身性质和气泡混和土力学性质两方面着手，结合土压平衡式盾构施工的原理，阐述了气泡剂在盾构掘进施工中应用效果评价的手段及相应的指标，为气泡剂技术在土压平衡式盾构中的应用和选择提供实际参考。
关键词：土压平衡式盾构;化学泥浆气泡剂;效果评价
1前言
segg近几年来，我国许多大城市，伴随着城市交通流量的激增和地表空间的减小，地下空间不断开发，城市隧道施工工程中，作为不影响城市商业、交通功能的盾构法以其施工对四周环境影响小、快速的机械化施工等优点而被广泛应用于城市地下空间开发工程，尤其在地铁隧道工程中，逐渐代替传统的明挖法、暗挖法，成为一种较为普及的隧道成型工法。盾构法中，土压平衡式盾构法因其适用地层范围较大、对四周环境要求较低及造价合理等优势而得到广泛的应用，并且在国内外的隧道工程中应用规模不断扩大。
土压平衡式盾构法得以如此广泛应用，主要因素取决于辅助材料在盾构掘进中的使用，土压平衡式盾构施工中，为了保证进入压力舱的土体具有满足正常施工条件的良好的塑性流动性、止水性等力学性质，通常采取在开挖面及压力舱注入辅助材料进行土体改良，国内外常用的添加剂主要有：①粘土矿物类;②界面活性材料类;③高吸水树脂类;④水溶性高分子类。其中，界面活性材料中的气泡剂具有现场制作方便、环保、渣土处理简单及功能多样等优点而在土压平衡式盾构法中得到普遍采用。
盾构用气泡剂的使用至今已有近30年的历史，非凡是近十年来使用气泡来改良土质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，对气泡添加剂的使用多数停留在凭施工经验的基础上，理论上的研究不够，国内在发泡剂产品的选择
、气泡应用等方面存在极大的盲目性，对气泡注入效果的评价目前也没有确定的方法及标准。因此，提出一套评价气泡在盾构掘进施工中应用技术及效果评价方法，对气泡剂技术在盾构工程中的应用有着积极的指导意义。
2气泡剂技术在土压平衡式盾构掘进中的应用
气泡在盾构施工中的应用是通过无数小气泡组成的泡沫来实现的。通常我们所称的注入气泡实际上是注入泡沫。泡沫是典型的气-液二相系，其90%以上为空气，不足10%为气泡剂溶液;而气泡剂溶液90%~99%为水，其余为气泡剂原液。气泡在土压平衡式盾构施工中的主要作用：
减少盾构机机械的磨损，土压平衡式盾构机在砂土等摩擦性较大土体中掘进时，与土体发生摩擦的刀具极易磨损，通过在刀盘上注入气泡材料，可以降低土体的摩擦性，减小刀具的磨损。
调整压力舱内土体塑性流动性，土压平衡式盾构法掘进工程中，压力舱内土体性质如何，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，未经处理进入压力舱的土体通常难以获得希望的塑性流动性，此时压力舱内轻易发生“结饼”、“
闭塞”等问题，影响施工。气泡的注入可以有效解决上述问题。
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排土器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，注入气泡可以有效降低渣土的渗透性，有效防止掘进中喷涌的发生及大量地下水的流失。
降低切削渣土的内摩擦力，减少刀盘、螺旋排土器、运输带的磨损，降低刀盘扭矩，防止机器能耗过高发热而发生故障。
3气泡剂在应用中存在的问题及效果评价指标确定的意义
盾构掘进工程中，盾构机经过的地层条件千变万化，有些区间地层以砂土为主，渗透系数大，地下水易从开挖面渗入，导致开挖面失稳和螺旋排土器口喷涌发生。有些区间粘粒含量高，刀盘易发生黏附，导致开挖不畅、搅拌困难，压力舱内易发生结饼和闭塞。要想在上述土体中应用土压平衡式盾构顺利进行地铁隧道建设，必须对土压平衡式盾构压力舱内的土体进行改良，使之满足如下力学性质：土体不易固结排水;监控主板土体处于较理想塑性流动状态;土体具有较低的透水性。
目前，国内企业在地铁盾构隧道施工中从国外进口了发泡材料进行改善土压平衡式盾构土
体性质，但对气泡添加材料的性能和评价标准都没有可借鉴的实例和资料，造成气泡在使用的过程中产生多种问题，例如：气泡的发泡倍率不够或过多的进行添加，对昂贵的添加材料造成大量的浪费;由于在盾构施工中不能合理有效及时的使用气泡添加材料或为了减小成本气泡的添加量不足，造成盾构舱内的土体性质没有得到有效的改良，“结饼”、“闭塞”、“喷涌”等问题继续发生。在广州、深圳地铁隧道施工中，由于压力舱发生“结饼”需要进行开舱处理而造成的开挖面土体坍塌事故多次发生。
科学应用气泡添加材料，作到适时，适量的注入气泡，就能有效的改善土压平衡式盾构压力舱内土体的状态，使“结饼”、“闭塞”、“喷涌”等问题少发生或不发生，做到上述的前提条件首先是能够对气泡剂注入土体的效果评价有着比较明确的方法及手段。同时，目前国内的盾构隧道所用的发泡材料多为国外进口，造价较高，国内自主生产的发泡产品目前多处于研发阶段，尚未大量投入使用，面对未来各类品牌的发泡剂产品，有一套相应的气泡在盾构掘进中的功效评价指标，才能够使得承包商合理选择适用于自己的气泡剂产品。
4气泡效果评价指标
确定气泡剂在土压平衡式盾构掘进中的应用效果，可从两方面考虑，即气泡剂材料自身的性质及气泡与开挖后土层混和所形成的气泡混和土的力学性质。
4.1气泡剂自身性质
双角钢气泡剂自身的性质涉及气泡剂的发泡率、气泡的稳定性等。
4.1.1发泡率
发泡率，又称“气泡倍数”，指一定质量发泡剂溶液所产生的气泡体积与原液体体积之比，它是衡量发泡剂质量的一项重要指标。其定义见下式。
ER=Vf/V1
式中：Vf———产生的气泡体积;
Vl———气泡剂溶液体积。
目前应用于土压平衡式盾构施工中的气泡剂的发泡率为5~20，在同样情况下，发泡率越高，等量气泡剂产生的气泡越多，说明其具有高效性，但是发泡率与生成气泡的稳定性二者是相互影响的，较高的发泡率是牺牲气泡稳定性为代价的，当评价气泡性质时，仅仅发泡率高并不能说明气泡剂的优越，而应该结合下述其产生的气泡稳定性进行综合考虑。
由于气泡在压力舱内处于受压状态，同时通常情况下，气泡与土体发生混合是在压力状态下进行的。假定压力×体积=常数，则当压力舱内支护压力为p时气泡的发泡率为：
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