为解决目前国内外盾尾密封油脂抗水压密封测试标准不统一,不能定量测试油脂抗水压密封性等问题,研制出一种新型抗水压密封测试仪,并对国内外常见盾尾密封油脂进行抗水压密封性能测试。经分析,总结油脂抗水压密封机制,并定义水击穿压力测试指标,即实验室25℃下,使用1层网孔孔径为0.76 mm、丝径0.3 mm的金属钢丝网,300 g盾尾密封油脂被水击穿的最小压力。用水击穿压力可定量表征盾尾密封油脂抗水压密封性,进而提出抗水压密封测试标准。

针对国内跨江越河等高水压(0.4~0.8 MPa)盾构施工所需盾尾密封油脂被进口产品垄断的难题,通过正交试验研究盾尾密封油脂各个配方组分之间的相互作用。结果表明:1)增稠流变剂的引入,提供了层间距为5~10 nm的片层结构,为基础油和聚异丁烯提供了进入空间,实现了增稠分散,提高了耐高水压盾尾密封油脂的剪切流变性,保证了稠度与泵送性的平衡;2)不同尺度的天然可降解纤维与配方中其他组分形成复合纤维增强阻水结构,使得耐高水压盾尾密封油脂的水击穿压力达7 MPa,是进口产品的1.75倍。在实现盾尾密封油脂稠度和泵送性适中的同时,大大提高了盾尾密封油脂的抗水压密封性,为我国跨江越河等高水压复杂地层盾构用高端盾尾密封油脂的进一步研发与转化打下坚实的基础。

采用静液压试验设备与耐水压密封试验装置相结合的方式进行耐水压密封性能试验,测试盾尾密封油脂可封堵的最大金属网孔直径(Dmax),找出判定密封性能合格与否的测试条件,研究可用于对油脂密封性能进行等级评定的试验指标。结果表明:油脂样品经历2 MPa恒压10 min水压力后,其在可封堵最大金属网孔上形成的密封层可进一步完成3.5 MPa恒压60 min耐水压密封试验;将一层金属网、Dmax、3.5 MPa恒压60 min无水渗漏作为耐水压密封性能合格判定条件,使用可封堵最大金属网孔直径与最大水击穿压力进行密封等级评定,结果表明两种测试方法效果均不理想,建议使用合格判定条件+渗油质量协同表征油脂样品耐水压密封性能。