盾構機密封件選擇及注意事項？

點擊數(shù)：162025-07-01 15:44:31　

　　在地下施工領域，盾構機(TBM)面臨著一些嚴苛的操作條件。在地下作業(yè)意味著要承受極高的水土壓力、地下水滲入/噴涌、磨蝕性巖土體以及持續(xù)的劇烈機械應力。密封系統(tǒng)是TBM可靠、連續(xù)掘進的關鍵因素之一。

　　那么，如何為如此嚴苛的應用選擇合適的盾構機(TBM)密封件呢?

　　了解密封件在TBM中的作用

　　盾構機中的密封件具有多種至關重要的功能：

　　1、隔離關鍵區(qū)域：防止地下水、泥漿或土壤顆粒進入刀盤驅動艙、主軸承艙等關鍵機械艙室。

　　2、保持潤滑：在主軸承等關鍵區(qū)域保持潤滑脂或潤滑油的壓力和清潔度，防止外部污染物侵入。

　　3、壓力管理：隔離機器開挖面(刀盤前方)或盾尾區(qū)域與內部艙室之間的巨大壓差(尤其在泥水平衡或土壓平衡模式下)。

　　4、密封油脂屏障：尾部密封系統(tǒng)通過注入密封油脂，在盾殼與隧道管片(或土體)之間形成動態(tài)密封環(huán)，阻止泥水和土砂涌入隧道。

　　尾部密封系統(tǒng)和主軸承密封件尤為重要。這些密封件的故障可能導致災難性的進水、軸承損毀、刀盤卡死，造成代價極其高昂的停機、維修甚至安全事故。

　　關鍵選擇因素

　　不應依賴單一標準，而應評估多項相互關聯(lián)的技術因素：

　　1、材料耐受性與兼容性：

　　密封件材料必須能夠長期承受泥漿、添加劑、微生物、不同溫度(周期性高溫和地下水低溫)的侵蝕。

　　常用高性能彈性體包括丁腈橡膠(NBR)、氟橡膠(FKM)和氫化丁腈橡膠(HNBR)。聚氨酯(PU)因其耐磨性也常用于特定部位。極端工況下可能考慮PTFE復合材質。

　　至關重要：密封材料必須與所用專用密封潤滑脂/潤滑油完全兼容，避免溶脹、硬化或化學降解。潤滑脂通常具備高粘附性、極壓(EP)和抗水沖刷性。

　　2、結構設計與完整性：

　　采用多唇口設計、內置金屬彈簧(提供初始抱緊力)、復合織物或金屬骨架增強是常態(tài)。

　　這種結構對于在劇烈動態(tài)運動(旋轉、振動)、極高且波動的壓力(軸徑向復合載荷)下保持形狀穩(wěn)定性、追隨性和耐久性至關重要，能有效補償微小的軸跳動和偏心。

　　3、環(huán)境壓力與載荷能力：

　　極高的水土壓力(可達數(shù)十巴)和地下水的持續(xù)作用要求密封件及其支撐結構具備優(yōu)異的承壓能力，能在軸向(推力)和徑向(水土壓力)載荷下保持密封界面穩(wěn)定，不發(fā)生變形或擠出。

　　4、耐磨性與抗擠壓性：

　　磨蝕性的土壤、巖石顆粒是密封唇口的大敵之一。材料本身和唇口設計必須高度耐磨。

　　在高壓力差下，密封材料需具備良好的抗擠壓性，防止材料被擠入縫隙導致?lián)p壞。

　　工程師常見問題

　　問題1：普通工業(yè)密封件可以用于盾構機嗎?

　　強烈不建議。TBM密封件是高度定制化的關鍵部件，專為應對極端壓力、劇烈動態(tài)負載、嚴重磨蝕和污染環(huán)境而設計。標準工業(yè)密封件缺乏必要的結構增強(如彈簧、骨架)、多唇口配置、材料等級以及針對高壓差和磨粒的特殊設計，無法滿足TBM嚴苛的工況要求，極易快速失效。

　　問題2：盾構機(TBM)的密封件應多久檢查或更換一次?

　　檢查：例行檢查非常頻繁，通常每班次或每日進行(尤其是尾部密封油脂壓力和消耗量監(jiān)測)。主軸承密封狀態(tài)也需定期檢查(如通過油脂采樣分析、溫度、振動監(jiān)測)。

　　更換：沒有固定的小時數(shù)。更換周期高度依賴于具體地質條件(磨蝕性)、掘進參數(shù)(推力、扭矩、壓力)、密封油脂性能和維護水平。尾部密封件的更換通?；诔掷m(xù)的異常油脂高消耗、壓力維持困難、可見泄漏或預定的大修計劃。主軸承密封更換則更為復雜，常在軸承維護或更換時進行，或出現(xiàn)明確失效跡象(如嚴重進水、油脂污染)時被迫停機更換。預防性維護計劃至關重要。

　　問題3：材料是選擇密封件時重要的因素嗎?

　　材料至關重要，但絕非單一因素。密封的幾何形狀設計(唇口角度、數(shù)量、彈簧位置)、精確的制造公差、正確的安裝工藝(避免劃傷、扭曲)、配套的潤滑系統(tǒng)(油脂類型、注入壓力/流量策略)以及密封腔體的設計都同等重要。即使材料選擇得當，不良的設計、制造缺陷或錯誤的安裝/潤滑同樣會導致密封提前失效。這是一個系統(tǒng)工程。

　　問題4：環(huán)境條件如何影響地下密封件的性能?

　　環(huán)境條件是決定性因素：

　　地質變化：從軟土到硬巖，或遭遇未預見的砂卵石層、流沙、高壓含水層，會急劇增加密封件的磨蝕、擠壓和壓力負載。

　　水土壓力：過高或不穩(wěn)定的壓力直接考驗密封的承壓和跟隨能力。

　　溫度：軸承摩擦生熱和外部地溫/水溫影響材料性能(彈性、硬度)和油脂粘度。

　　化學/生物環(huán)境：地下水成分(pH值、礦物質)、泥漿添加劑、微生物都可能加速材料老化。

　　因此，密封件的選擇和設計必須基于詳細的地質勘探報告和項目特定的風險評估，并在可能的情況下進行模擬工況測試。

　　對于盾構機而言，密封件絕非輔助部件，而是保障機器核心功能(刀盤驅動、壓力平衡)和項目成敗的關鍵要素。深入理解嚴苛的地下工況，精心選擇高性能材料與優(yōu)化設計的多唇結構，嚴格確保與專用潤滑系統(tǒng)的兼容與協(xié)同，并實施周密的監(jiān)控和維護策略，才能使TBM密封系統(tǒng)在地下深處持續(xù)、可靠、靜默地履行其不可或缺的使命。