土压平衡盾构施工技术在隧道施工中有很大的优势,相比于其他盾构施工技术,对地面影响小,施工较快,符合当前社会的需求,是现在广泛采用的施工方式。在土压平衡盾构施工中,会因为土壤的性质原因出现堵塞,结饼和喷涌等问题,而发泡剂可以起到极好的土壤调节作用,对施工的顺利进行有着不可小觑的贡献。同时,发泡剂本身是绿色环保的,对于环境的影响是微乎其微的。本论文首先选取三种市售土压平衡盾构用发泡剂,对其发泡性能和泡沫调节土体的性能进行了递进式的研究,为工程提供了一定的参考。并针对BASF的成分进行分析,结合相关文献对发泡剂的配方进行了研究。主要研究成果如下:(1)通过搅拌实验可以看出,在发泡能力方面,BASF和KDK在充分和不充分的发泡条件下发泡能力均优于SYSAM。在不充分发泡时,BASF体现出优良的发泡能力,其发泡高度在1 min时即达到较高水平,在1.5 min即达到充分发泡;KDK在不充分发泡情况下的发泡能力较弱,在2 min后方可达到充分发泡,相比于BASF略差一点。从半衰期方面来看,SYSAM的泡沫半衰期超过9 min,但过高的半衰期将会给泡沫调节土体的处理带来较大困难;BASF的半衰期与KDK差距较小,但是BASF泡沫脱水速度比较慢,且其泡沫可在充分脱水情况下仍保持初始框架;KDK半衰期最差。在研究温度对发泡量和半衰期的影响时,发现温度对于发泡量影响很大,但是对于半衰期影响不大。通过发泡倍率实验可以看出BASF所得泡沫更加均匀,更多地集中与一个粒径范围,而KDK所得泡沫集中粒径范围则更大,故KDK所得泡沫粒径级配更加均匀。BASF所得气泡总数与KDK所得泡沫均随着气液比的增加而增加。在较高的一个气液比情况下,BASF能够得出更多的有效泡沫。随后的衰减实验可以得出,KDK泡沫在关闭发泡机1 min之内小粒径气泡数量下降速度最快同时大粒径气泡数量上升趋势最为明显。气液比越大小粒径泡沫数量越少,同时随着时间的增加小粒径气泡数量减少,大粒径气泡数量增加。(2)在压缩试验中,使用BASF泡沫调节的土体,相同压力下的压缩量随注入率增大提高明显,在注入率超过60%后,压缩量随注入率改变不明显;对于采用KDK泡沫调节的土体,压缩量也有一定提高,但在注入率超过40%后注入率对压缩量改变不明显,BASF泡沫在注入率较大的情况下调节效果较好。在剪切实验中,采用BASF调节的土体,相同压力下的扭矩随注入率增大减小;采用KDK调节的土体,扭矩也随注入率增大而减小,但在注入率为60%和80%相差不明显,且扭矩的减小幅度小于采用BASF改良的土体。坍落度试验表明,不同含水率对泡沫注入效果影响巨大,泡沫仅可在土体具备一定含水率时起到较好的调节土体的效果。在直剪试验中可知,BASF泡沫注入率在20%~40%区间内粘聚力大幅降低,此后虽然粘聚力随注入率的提高逐渐降低,但改善幅度较小,注入率选取为20%~40%可取得较好效果,最具性价比,从摩擦角的改善情况来看,不同注入率区间的调节效果增幅近似。(3)通过对BASF发泡剂配方分析研究,以及调研相关文献。确定发泡剂的组成为起泡剂、稳泡剂、增粘剂和助剂。选取六种表面活性剂,通过大量实验优选出两种表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)进行复配,发现二者比例SDS:BS-12为4:1时,体系发泡效果最好。接着选取羧甲基纤维素钠(CMC)为增粘剂,确定其浓度为1.5g/L时,发泡性和稳泡性都较优。最后选取氯化铵作为助剂,确定出一种满足土压平衡盾构施工用的自制发泡剂配方。