盾构机密封件选择及注意事项？
点击数：12025-07-01 15:44:31
在地下施工领域，盾构机(TBM)面临着一些严苛的操作条件。在地下作业意味着要承受极高的水土压力、地下水渗入/喷涌、磨蚀性岩土体以及持续的剧烈机械应力。密封系统是TBM可靠、连续掘进的关键因素之一。
那么，如何为如此严苛的应用选择合适的盾构机(TBM)密封件呢?
了解密封件在TBM中的作用
盾构机中的密封件具有多种至关重要的功能：
1、隔离关键区域：防止地下水、泥浆或土壤颗粒进入刀盘驱动舱、主轴承舱等关键机械舱室。
2、保持润滑：在主轴承等关键区域保持润滑脂或润滑油的压力和清洁度，防止外部污染物侵入。
3、压力管理：隔离机器开挖面(刀盘前方)或盾尾区域与内部舱室之间的巨大压差(尤其在泥水平衡或土压平衡模式下)。
4、密封油脂屏障：尾部密封系统通过注入密封油脂，在盾壳与隧道管片(或土体)之间形成动态密封环，阻止泥水和土砂涌入隧道。
尾部密封系统和主轴承密封件尤为重要。这些密封件的故障可能导致灾难性的进水、轴承损毁、刀盘卡死，造成代价极其高昂的停机、维修甚至安全事故。
关键选择因素
不应依赖单一标准，而应评估多项相互关联的技术因素：
1、材料耐受性与兼容性：
密封件材料必须能够长期承受泥浆、添加剂、微生物、不同温度(周期性高温和地下水低温)的侵蚀。
常用高性能弹性体包括丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)和氢化丁腈橡胶(HNBR)。聚氨酯(PU)因其耐磨性也常用于特定部位。极端工况下可能考虑PTFE复合材质。
至关重要：密封材料必须与所用专用密封润滑脂/润滑油完全兼容，避免溶胀、硬化或化学降解。润滑脂通常具备高粘附性、极压(EP)和抗水冲刷性。
2、结构设计与完整性：
采用多唇口设计、内置金属弹簧(提供初始抱紧力)、复合织物或金属骨架增强是常态。
这种结构对于在剧烈动态运动(旋转、振动)、极高且波动的压力(轴径向复合载荷)下保持形状稳定性、追随性和耐久性至关重要，能有效补偿微小的轴跳动和偏心。
3、环境压力与载荷能力：
极高的水土压力(可达数十巴)和地下水的持续作用要求密封件及其支撑结构具备优异的承压能力，能在轴向(推力)和径向(水土压力)载荷下保持密封界面稳定，不发生变形或挤出。
4、耐磨性与抗挤压性：
磨蚀性的土壤、岩石颗粒是密封唇口的大敌之一。材料本身和唇口设计必须高度耐磨。
在高压力差下，密封材料需具备良好的抗挤压性，防止材料被挤入缝隙导致损坏。
工程师常见问题
问题1：普通工业密封件可以用于盾构机吗?
强烈不建议。TBM密封件是高度定制化的关键部件，专为应对极端压力、剧烈动态负载、严重磨蚀和污染环境而设计。标准工业密封件缺乏必要的结构增强(如弹簧、骨架)、多唇口配置、材料等级以及针对高压差和磨粒的特殊设计，无法满足TBM严苛的工况要求，极易快速失效。
问题2：盾构机(TBM)的密封件应多久检查或更换一次?
检查：例行检查非常频繁，通常每班次或每日进行(尤其是尾部密封油脂压力和消耗量监测)。主轴承密封状态也需定期检查(如通过油脂采样分析、温度、振动监测)。
更换：没有固定的小时数。更换周期高度依赖于具体地质条件(磨蚀性)、掘进参数(推力、扭矩、压力)、密封油脂性能和维护水平。尾部密封件的更换通常基于持续的异常油脂高消耗、压力维持困难、可见泄漏或预定的大修计划。主轴承密封更换则更为复杂，常在轴承维护或更换时进行，或出现明确失效迹象(如严重进水、油脂污染)时被迫停机更换。预防性维护计划至关重要。
问题3：材料是选择密封件时重要的因素吗?
材料至关重要，但绝非单一因素。密封的几何形状设计(唇口角度、数量、弹簧位置)、精确的制造公差、正确的安装工艺(避免划伤、扭曲)、配套的润滑系统(油脂类型、注入压力/流量策略)以及密封腔体的设计都同等重要。即使材料选择得当，不良的设计、制造缺陷或错误的安装/润滑同样会导致密封提前失效。这是一个系统工程。
问题4：环境条件如何影响地下密封件的性能?
环境条件是决定性因素：
地质变化：从软土到硬岩，或遭遇未预见的砂卵石层、流沙、高压含水层，会急剧增加密封件的磨蚀、挤压和压力负载。
水土压力：过高或不稳定的压力直接考验密封的承压和跟随能力。
温度：轴承摩擦生热和外部地温/水温影响材料性能(弹性、硬度)和油脂粘度。
化学/生物环境：地下水成分(pH值、矿物质)、泥浆添加剂、微生物都可能加速材料老化。
因此，密封件的选择和设计必须基于详细的地质勘探报告和项目特定的风险评估，并在可能的情况下进行模拟工况测试。
对于盾构机而言，密封件绝非辅助部件，而是保障机器核心功能(刀盘驱动、压力平衡)和项目成败的关键要素。深入理解严苛的地下工况，精心选择高性能材料与优化设计的多唇结构，严格确保与专用润滑系统的兼容与协同，并实施周密的监控和维护策略，才能使TBM密封系统在地下深处持续、可靠、静默地履行其不可或缺的使命。
