为解决盾构穿越富水砂质地层时盾尾密封失效所引发的开挖面稳定性不足,隧道结构自身承载力差和隧道易渗漏等一系列工程问题,依托南昌轨道交通四号线盾构隧道交通工程,开展盾尾密封流体动力学研究,分析盾尾油脂在盾尾密封装置中的流动规律并通过油脂流动的压力场、速率场及体积相分布对其进行探究。数据表明:在加压瞬间,盾尾密封油脂与高压水有较为整齐的交界面。随着盾尾泄漏程度不断加大,速率峰值点由入口上端转移至尾刷处,且随着水压进一步入侵,速率影响范围进一步加大;压力分布模式也由初始均匀扩散向压力稳定分布转移,且高压区与低压区之间存在明显的多孔介质压力过渡区。

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。

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。

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。