盾尾密封系统实验平台研制

盾构掘进过程中，尾盾和管片之间有一定的间隙，间隙中的盾尾油脂配合尾刷起到密封作用，阻止地层中的水和砂浆进入盾构机（图1）。该密封作用对掘进安全和掘进质量具有非常重要的作用。盾尾密封的效果主要受设备材料，盾尾油脂质量，盾构姿态的影响。尾刷的弹性失效，钢丝或钢板脱落；盾尾油脂流动性不好，造成空仓现象，油脂耐压性不好，导致砂浆进入油脂仓，这些原因是盾尾密封失效的主要形式。

图1 盾尾密封系统概念

盾尾密封的重要性不容置疑，我们可以研制专门的盾尾密封实验平台来诊断盾尾密封失效的原因，以及失效后的补救措施。若基于实验平台能解决以下问题，将可以推动盾尾密封研究的进一步发展。

1.能确定油脂是否完全布满油脂仓，油脂仓内的瞬时压力能被检测且传感器经久耐用。与普通流体相比，盾尾油脂的粘度大、流动性差，在注脂过程中极有可能造成油脂注入不充分，降低油脂仓的密封性能。在油脂仓中布置压力传感器来检测油脂的瞬时压力，可以判断油脂建压是否良好，油脂注入是否充分，以及油脂仓的泄漏情况。但由于油脂特性、地层沙砾和浆液侵袭、盾尾密封结构等影响，布置在油脂仓内的传感器容易损坏，且不好更换。因此探寻一种在油脂仓中灵敏度高，耐久性好的传感器非常重要。

2.能检测到尾刷因长期运作及盾构后退造成的损坏程度。尾刷损坏会严重影响盾尾密封的效果。现有的判断方式仅停留在停机肉眼检查，此时往往已经开始漏水漏浆，尾刷已完全失效，具有一定的迟滞性。如果能提前检测到尾刷的损坏程度，则可以用较小的代价提前更换尾刷，避免在密封失效后再采取措施，造成较大的损失。

3.油脂仓被水、砂浆等外界物质侵入时，能被及时检测到。外界物质完全击穿所有盾尾刷是需要一定时间的，如果能在他们侵入第一、二道尾刷时就被检测到，此时我们就可以提前采取补救措施，比如加大油脂注入量，减小掘进速度，避免盾尾密封被击穿。同样可以减小损失和降低风险。

4.能够模拟盾尾密封出现泄漏时的堵漏措施。除了验证常规堵漏措施的效果，如加大盾尾油脂注入量，往盾尾间隙堵塞止水海绵等。还应能在实验平台基础上开发新的堵漏手段。

5.能计算油脂管路的压力损失。从油脂泵到注脂口的管路长度往往不是确定的。要想控制油脂仓的压力，需要知道油脂管路中的压力衰减规律，再从油脂泵控制出口压力来控制油脂仓的压力。

随着盾构施工往大埋深，高水压方向发展，对盾尾密封系统的要求也越来越高。我们希望可以研制专门的实验平台，解决上面的几个问题，提高盾构施工的安全性。同时也望广大用户能向我们提出更多关于密封平台的建议，以完善开发设计。