通过盾尾密封油脂在成都地铁6号线和10号线2期、穗莞深城际9标、郑州豫机线、长春地铁2号线BT1标以及广州地铁18号线和22号线等项目的使用,开展了盾尾密封油脂与盾构机、施工地层等匹配性的研究工作。结果表明,盾构掘进过程中,遇到富水砂卵石地层,或者盾尾钢丝刷被击穿时,推荐泵送性18~22 g/min、锥入度210~220、水冲流失量2%~3%的盾尾密封油脂;因盾尾间隙不均匀导致大的漏水漏浆情况,推荐泵送性25~30 g/min、锥入度220~230、水冲流失量2%~3%的盾尾密封油脂;过江过河等高水压地层,推荐泵送性20 g/min、锥入度200、水冲流失量0.8%的耐高水压盾尾密封油脂,另外建议油脂泵泵头压力12~16 MPa。

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。

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。