盾構(gòu)機(jī)密封件選擇及注意事項(xiàng)？

點(diǎn)擊數(shù)：362025-07-01 15:44:31　

　　在地下施工領(lǐng)域，盾構(gòu)機(jī)(TBM)面臨著一些嚴(yán)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(jī)械應(yīng)力。密封系統(tǒng)是TBM可靠、連續(xù)掘進(jìn)的關(guān)鍵因素之一。

　　那么，如何為如此嚴(yán)苛的應(yīng)用選擇合適的盾構(gòu)機(jī)(TBM)密封件呢?

　　了解密封件在TBM中的作用

　　盾構(gòu)機(jī)中的密封件具有多種至關(guān)重要的功能：

　　1、隔離關(guān)鍵區(qū)域：防止地下水、泥漿或土壤顆粒進(jìn)入刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)艙、主軸承艙等關(guān)鍵機(jī)械艙室。

　　2、保持潤(rùn)滑：在主軸承等關(guān)鍵區(qū)域保持潤(rùn)滑脂或潤(rùn)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(jī)器開(kāi)挖面(刀盤(pán)前方)或盾尾區(qū)域與內(nèi)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(guò)注入密封油脂，在盾殼與隧道管片(或土體)之間形成動(dòng)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(dǎo)致災(zāi)難性的進(jìn)水、軸承損毀、刀盤(pán)卡死，造成代價(jià)極其高昂的停機(jī)、維修甚至安全事故。

　　關(guān)鍵選擇因素

　　不應(yīng)依賴單一標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)評(píng)估多項(xiàng)相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)因素：

　　1、材料耐受性與兼容性：

　　密封件材料必須能夠長(zhǎng)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(fù)合材質(zhì)。

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

　　2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與完整性：

　　采用多唇口設(shè)計(jì)、內(nèi)置金屬?gòu)椈?提供初始抱緊力)、復(fù)合織物或金屬骨架增強(qiáng)是常態(tài)。

　　這種結(jié)構(gòu)對(duì)于在劇烈動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)、振動(dòng))、極高且波動(dòng)的壓力(軸徑向復(fù)合載荷)下保持形狀穩(wěn)定性、追隨性和耐久性至關(guān)重要，能有效補(bǔ)償微小的軸跳動(dòng)和偏心。

　　3、環(huán)境壓力與載荷能力：

　　極高的水土壓力(可達(dá)數(shù)十巴)和地下水的持續(xù)作用要求密封件及其支撐結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(dǎo)致?lián)p壞。

　　工程師常見(jiàn)問(wèn)題

　　問(wèn)題1：普通工業(yè)密封件可以用于盾構(gòu)機(jī)嗎?

　　強(qiáng)烈不建議。TBM密封件是高度定制化的關(guān)鍵部件，專為應(yīng)對(duì)極端壓力、劇烈動(dòng)態(tài)負(fù)載、嚴(yán)重磨蝕和污染環(huán)境而設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)密封件缺乏必要的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)(如彈簧、骨架)、多唇口配置、材料等級(jí)以及針對(duì)高壓差和磨粒的特殊設(shè)計(jì)，無(wú)法滿足TBM嚴(yán)苛的工況要求，極易快速失效。

　　問(wèn)題2：盾構(gòu)機(jī)(TBM)的密封件應(yīng)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(jìn)行(尤其是尾部密封油脂壓力和消耗量監(jiān)測(cè))。主軸承密封狀態(tài)也需定期檢查(如通過(guò)油脂采樣分析、溫度、振動(dòng)監(jiān)測(cè))。

　　更換：沒(méi)有固定的小時(shí)數(shù)。更換周期高度依賴于具體地質(zhì)條件(磨蝕性)、掘進(jìn)參數(shù)(推力、扭矩、壓力)、密封油脂性能和維護(hù)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(jiàn)泄漏或預(yù)定的大修計(jì)劃。主軸承密封更換則更為復(fù)雜，常在軸承維護(hù)或更換時(shí)進(jìn)行，或出現(xiàn)明確失效跡象(如嚴(yán)重進(jìn)水、油脂污染)時(shí)被迫停機(jī)更換。預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃至關(guān)重要。

　　問(wèn)題3：材料是選擇密封件時(shí)重要的因素嗎?

　　材料至關(guān)重要，但絕非單一因素。密封的幾何形狀設(shè)計(jì)(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(rùn)滑系統(tǒng)(油脂類型、注入壓力/流量策略)以及密封腔體的設(shè)計(jì)都同等重要。即使材料選擇得當(dāng)，不良的設(shè)計(jì)、制造缺陷或錯(cuò)誤的安裝/潤(rùn)滑同樣會(huì)導(dǎo)致密封提前失效。這是一個(gè)系統(tǒng)工程。

　　問(wèn)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(zhì)變化：從軟土到硬巖，或遭遇未預(yù)見(jiàn)的砂卵石層、流沙、高壓含水層，會(huì)急劇增加密封件的磨蝕、擠壓和壓力負(fù)載。

　　水土壓力：過(guò)高或不穩(wěn)定的壓力直接考驗(yàn)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(xué)/生物環(huán)境：地下水成分(pH值、礦物質(zhì))、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(shè)計(jì)必須基于詳細(xì)的地質(zhì)勘探報(bào)告和項(xiàng)目特定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并在可能的情況下進(jìn)行模擬工況測(cè)試。

　　對(duì)于盾構(gòu)機(jī)而言，密封件絕非輔助部件，而是保障機(jī)器核心功能(刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、壓力平衡)和項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵要素。深入理解嚴(yán)苛的地下工況，精心選擇高性能材料與優(yōu)化設(shè)計(jì)的多唇結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格確保與專用潤(rùn)滑系統(tǒng)的兼容與協(xié)同，并實(shí)施周密的監(jiān)控和維護(hù)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。