盾构施工耗材应用技术--盾尾密封油脂

随着国内盾构施工技术的不断发展、成熟，长距离、大直径、大埋深、高水压及复杂断面的隧道施工越来越多。盾构机在地下施工时，为了保证盾构机壳体内部有安全干净的施工环境，其密封系统至关重要。盾构机主要有三大密封系统，分别是盾尾密封系统、主轴承密封系统和铰接密封系统。其中，盾尾密封系统最易失效，也是最关键的密封系统，尤其是高水压（0.4 ～ 0.65MPa）的大直径盾构施工中，盾尾密封系统至关重要。因为高水压下盾尾密封系统一旦失效，将可能带来无法预计的灾难性后果，因此必须保证构成盾尾密封系统的结构及其材料安全可靠。

盾尾密封油脂是盾构施工中盾尾密封防水的主要材料，用于防止盾壳外部水和砂浆等流体进入盾构机内部，主要分为手涂型和泵送型两种。泵送型盾尾密封油脂是盾构掘进过程中通过注脂泵连续注入消耗型油脂，使用量大。手涂型盾尾密封油脂是一种耐磨、阻燃保护型油脂。盾构始发时，在工作井内由人工手涂方式涂抹盾尾密封刷，使其充满钢丝刷内部空间，使用量很小。在盾构掘进过程中，管片是静止的，盾壳相对于管片是连续向前移动的，所以盾壳和管片外壁之间必然存在间隙，盾尾密封系统就是为了防止盾壳外部水和泥沙等流体进入盾构机内部而设置的。目前，绝大多数的盾构机都采用在多道钢丝刷之间填充密封油脂的盾尾密封方式，盾构掘进时，通过注脂系统向盾尾钢丝刷之间注入油脂，借助油脂的挤压力填充密封钢丝刷内部及钢丝刷间的空隙，从而使盾尾密封油脂与盾尾钢丝刷相互结合，形成一道牢固的密封层，防止泥水和土砂渗入。盾尾密封结构原理如图3-3-29 所示。

据不完全统计，截至2018 年底，已经有58 个城市获批城市轨道交通项目，规划总里程达到7300km，总投资达3.5 万亿元。按照地下隧道占70%，直径为6.28m 的盾构机平均掘进（双线）1km 消耗80t 国产泵送型盾尾密封油脂计算，将消耗约41 万t，目前国产产品价格在11 元/kg 左右，国产盾尾密封油脂市场容量将超过45 亿元。另外，据不完全统计，未来规划约500km 的越江过河大直径隧道。按直径为 14m 大直径盾构机平均掘进（双线）1km 消耗 240t 进口泵送型盾尾密封油脂计算，将消耗 12 万 t，目前进口产品价格在 18 元 /kg 以上，其市场容量将近 21.6 亿元。然而，由于越江隧道所需盾构机直径大，水压力高、地层渗透系数高、地质条件异常复杂等难题，导致施工风险，尤其是盾尾密封失效风险呈指数级别增长，所以目前所用盾尾密封油脂全部为进口产品。随着粤港澳大湾区的全面建设，仅大湾区就规划了 100 条城市轨道交通，总投资将达数万亿元。

因此，提高国产盾尾油脂的质量，加快产品与技术的更新换代，加快耐高水压盾构用高性能盾尾密封油脂的研制，对于打破进口产品在高水压盾构施工中的垄断、确保地质条件多变条件下盾构施工安全，具有十分重要的战略意义。