为了研究盾构机安全预警技术及研制盾尾密封系统的泄漏监测系统,针对盾尾密封油脂腔的实际结构与工况,建立全尺度三维仿真模型并进行模型简化与验证,基于计算流体力学方法,分析正常状态下盾尾密封油脂腔的压力分布规律。在压力分布规律的特点下,设计结构参数、材料特性参数和边界条件为可变参量,采用拉丁超立方抽样方法构建响应面模型分析变量对压力分布的影响。结果得到油脂腔的轴向和周向的压力分布规律,以及不同参数影响下的压力变化特性。油脂腔压力分布特性研究可为之后基于压力监测的泄漏监测系统的研制、传感器的布设以及局部全尺寸实验台的研制提供理论依据。

盾尾密封系统是盾构重要系统之一,当其发生故障时,会产生漏水、漏浆等重大施工风险,对盾尾密封系统不同外部水压条件下(2~8MPa)的密封性能进行深入研究具有重要的现实意义。基于盾尾密封腔的空间构型,结合盾尾密封双向承压实验,运用计算流体动力学方法,对盾尾密封系统进行多相流的数值模拟,研究盾尾刷模型简化方法、盾尾油脂腔压力分布规律和水侵入的流动规律,分析盾尾密封系统不同外部水压条件下的密封性能。模拟结果表明,当注脂稳定后,油脂腔内压力处于0.8~1.2MPa,且油脂腔2压力始终大于油脂腔1压力,其压差始终保持在0.1~0.3MPa;当水完全击穿盾尾密封系统时,会形成一个稳定的流道;随着水压的不断增加,完全击穿盾尾密封系统的时间逐渐减少,且减少的幅度越来越小。本文针对盾尾密封系统的密封性能所做的流体仿真,可为盾尾密封系统的设计...

为了获得确保盾尾密封装置安全运行的压力控制方案,通过密封结构原理按照实际工程比例建立了一个有限元仿真分析模型,并将通过实验获得的材料参数带入到分析软件中进行流固耦合仿真,针对仿真分析结果提出了盾构机盾尾密封结构安全合理的压差控制范围。该系统的压差控制方案可以为盾尾密封油膜承载特性分析等系统安全性研究提供重要的数值基础。

盾尾密封油脂作为盾尾密封系统主要的防水密封材料,不仅能保护盾尾密封结构,还能有效阻隔地下水和同步注浆浆液,保障盾构的顺利进行。本文从文献资料和专利角度系统阐述了国内外盾尾密封油脂的发展历程,总结产品专利技术、性能检测技术以及技术标准现状;并针对盾构隧道施工发展需求,提出建立行业标准的重要性,研制出宽温域、高性能、耐超高水压、生态友好型盾尾密封油脂是发展趋势,强调强化盾尾密封油脂基础研究的必要性。

为解决盾尾密封损坏导致的工程安全和进度问题,通过跟踪、统计多项盾构隧道工程盾尾密封使用和更换情况,总结盾尾密封的失效形式,并分析盾尾密封失效的原因,主要表现在盾尾密封设计缺陷、盾尾刷制造与安装质量差、油脂填充质量不高、施工过程控制不严以及应急预案准备不充分等方面。提出基于全过程管理理念的盾尾密封管理方法,从盾尾密封设计、盾尾刷制造和安装、初装油脂、施工管理、应急管理5个阶段,对盾尾密封的全过程管理要点和对策进行系统研究。该方法在中俄东线天然气管道长江盾构穿越工程得到成功应用,保障了盾构施工中盾尾密封安全,为盾尾密封的科学管理提供了新的思路和举措。

提出一种盾构机盾尾密封注脂系统,该系统全部模块化设计,结合感应开关实现自动化工作。其核心元件气动注脂泵,作为该系统的调节单元,完全气动控制,按比例进行增压,油脂压力可以达到38.5 MPa。该系统包括与盾构机尾部适配的压油盘,压油盘外设有用于放置油桶的桥架,桥架通过两个对称设置的气缸带动升降。该系统的研究解决了国外对气动泵产品的垄断造成的采购维护不便,国内类似产品压力等级低、性能不可靠等问题,并通过试验验证了产品的可靠性。