盾尾密封脂的泵送性和抗水密封性

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盾构技术是目前国际上发达国家较为广泛采用的地下隧洞全机械化开挖施工技术,盾构技术运用的关键是使用了盾构机,盾构机是盾构法施工中的主要施工机械。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法,盾构机(又称全断面隧道挖掘机)在地下掘进,在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时,在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。

盾构机(TunnelingBoringMachine,简称TBM,中文直译为隧道挖掘机)体积庞大,直径一般为3m~10m,长200m以长,重200t以上。按盾构方式分为泥浆式盾构机和土压平衡式盾构机,均用密封脂对盾尾实施密封,因此对密封脂的密封性,抗水性和泵送性提出了严格的要求。

1 盾构机对密封脂的要求

盾构机密封脂用于盾构机的尾部,起到密封地下水(淡水或海水)、密封泥桨和密封膨润土泥桨(如使用)的作用。

盾尾密封脂都是采用机泵加入,因此盾构机密封脂中最重要的性能即是泵送性和抗水密封性,另外还应具有较好的粘附性。表1是某进口盾尾密封脂的技术参数。

从表1可看出,盾尾密封脂与普通润滑脂或密封脂有很大的区别,盾尾密封脂是一种粘稠的膏状物,从严格意义上讲不属于润滑脂的范畴。表1中的绝大多数试验方法都不是为润滑脂设计的,如JISA5758爬行时间是日本工业标准中建筑用密封材料(填缝剂)的试验方法。盾构机实际使用盾尾密封脂是用机泵来输送的,从表1还可看出,此类脂的锥入度为3号,要求如此粘稠的物质要有很好的流动速率,故泵送性是盾尾密封脂的技术关键之一。盾尾密封脂的用途就是密封水,包括地下水、泥浆,所以水密封性或称抗水密封性就是盾尾密封脂的关键技术参数。

2 泵送性

盾构机密封脂泵送性的试验方法是ASTMD1092,即密封脂在特定的压力下通过一定管径的毛细管时的流量,以g/min表示,毛细管的管径不一样,测定的值就有很大的区别,表1中的泵送性修正值就是针对毛细管而言的。

为保证盾尾密封脂的粘附性,盾尾密封脂组分中一般使用了高分子合成液,高分子合成液的分子量对盾尾密封脂泵送性的影响见表2。

由表2可看出,一般而言,高分子合成液的分子量越大,盾尾密封脂的泵送性越好。

3 抗水密封性

抗水密封性是盾尾密封脂的关键性能,抗水密封性不好,盾构机在实际使用过程中很可能发生透水事故,造成机毁人亡的重大事故,所以抗水密封性是盾尾密封脂所必须具备的性能。为了保证盾尾密封脂的抗水密封性,一般都加入了一定的纤维,这些纤维在盾尾密封脂中起到骨架的作用,保证在高水压下的密封性。

根据欧洲建筑用特殊化学品联合会(EFNARC)“隧道挖掘特殊产品规范与指南”的规定,测定盾尾密封脂抗水密封试验要求抗水密封压力在3MPa以上。

4 结束语

中国地铁建设的前景很广阔,目前在地铁建设中有多台盾构机已投入使用,随着中国地铁建设大量地使用盾构机[1],盾构机盾尾密封脂的需求量必然会大增,盾尾密封脂具有广阔的发展前景。加强对盾尾密封脂的研究开发,实现盾尾密封脂的国产化具有积极的意义。