为解决盾尾密封油脂在生产制备过程中增黏剂的选取和用量问题,分别选取松香树脂、萜烯树脂、古马隆树脂以及聚异丁烯四种增黏剂进行试验研究。试验结合盾尾密封油脂的产品特性和使用要求,通过比较其泵送性、表观粘度、抗水压密封性、粘附性和锥入度等指标,最终筛选出综合效果最佳的聚异丁烯增黏剂,确定其最佳用量为8%~10%。有助于工程实践中更好的提高盾尾密封油脂的使用性能。

泵送性和抗水压密封性是评价盾尾密封脂的2个重要性能指标,但目前国内外尚无统一的测试仪器、测试方法和评价标准。通过调研国内外相关标准和资料,针对盾构机盾尾密封脂使用工况,研制出了泵送性测试仪和抗水压密封测试仪,并建立了相应的测试方法,对于评价盾尾密封脂的性能、研发新的盾尾密封脂、施工选型等具有借鉴意义。

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。

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。

对KN盾尾密封油脂的研制过程、性能检测、性能指标及现场应用进行介绍。根据盾尾密封油脂的使用环境,通过工作原理分析,筛选出优质原材料,再通过六因素、五水平正交试验,得到基础油、润滑剂、增粘剂、增强剂以及粉料的最佳配比,制得KN型盾尾密封油脂,对盾尾密封油脂的实验室性能表征进行测试,得出详细的性能指标。通过在过河地层的盾构项目使用,满足使用要求。