張合沛，陳饋，李鳳遠，王助鋒

（盾（dùn）構及掘進（jìn）技術（shù）國家重點實驗室    中鐵隧（suì）道集團有限公司）

引言（yán）

盾構是一種集開挖、支護、推（tuī）進、襯砌等多種作業一體化的大型暗挖隧道施工機械,盾構均采用（yòng）多道彈簧鋼片與鋼（gāng）絲刷充填（tián）密封油（yóu）脂的裝置作為盾尾密封方式。在盾尾前中後三道彈簧（huáng）鋼片與鋼絲刷組合之空腔及彈簧鋼片與鋼絲刷間均充滿盾尾密封（fēng）油脂，具（jù）有潤滑和密封的雙重作用（yòng），可以有效地保護盾尾多道彈簧鋼片與鋼絲刷，又共同隔絕（jué）土層泥砂與注漿材料的回（huí）流，保障盾構的順利推進。

同時，盾尾密封油脂對鋼絲刷及（jí）鋼結構有防鏽、防（fáng）蝕（shí）和減少磨損的功效，對提（tí）高盾構施工（gōng）質量（liàng）和工作效率起（qǐ）到了很（hěn）好的作（zuò）用。

因（yīn）此，在盾構法施工隧道中（zhōng）盾尾密封油脂（zhī）是盾構鋼（gāng）絲刷型盾尾的主要配套材料之一，有進口和國產兩種，且價格差別較大。由於施工過程中盾尾密封（fēng）油脂使用量很大，從經濟效益方麵來講，盾尾（wěi）密封（fēng）油脂在施工過程中使用量（liàng）的合理化控製顯得尤為重要，即達到盾尾密封、潤滑的作用，又節約盾尾密封油脂的使用量。

通過查（chá）閱（yuè）相關資料（liào），大多數文章對盾尾密封油脂的使用（yòng）方法、施工過程操作（zuò）注意事（shì）項、硬件控製（zhì）係統進行介紹，沒有對盾尾密封油脂注入理論及控製策略進行研究，因此本文著重對按量按壓力注脂控（kòng）製理論進行深入研究。

1.盾構盾（dùn）尾密封油脂係統控製原理

以某一常用型號盾構中的前（qián）中後3道盾尾密封油脂為例，每一（yī）道（dào）由1個氣動泵供給油脂，每道油脂有19個注入點，一環推進（jìn）開始後每道油脂都從（cóng）注入點1到19依次循環注（zhù）入油（yóu）脂，直到推進結束。盾構（gòu）中的前中後3道盾尾密（mì）封油脂（zhī）係統（tǒng）布置，如圖1所示。

盾構掘進開始前，在工作豎井中用手工或簡單工具將盾（dùn）尾密（mì）封（fēng）油脂塗（tú）刷在（zài）盾尾密封鋼絲刷之間，為防止工作豎井中其它（tā）作業如電焊等的火災風險，盾尾密（mì）封油脂必須是阻燃型的。盾構（gòu）出洞後，通過專用油脂泵在盾尾密（mì）封空隙中泵（bèng）滿油（yóu）脂，達到隧道洞口密封的效果。

盾構掘進過程中，推進速度過快（kuài），在單位（wèi）時間內注入盾尾的油脂不能滿足其使用量，若不及時調整油（yóu）脂泵的注脂率，則盾尾刷內的油（yóu）脂量及注脂壓力不（bú）能及（jí）時密封盾尾，勢必（bì）造（zào）成盾尾密封效果減弱，形成盾尾漏漿；推進速度過慢，盾尾密封油脂係統按壓力注脂勢（shì）必造（zào）成（chéng）一定油脂浪費。根據推進速度合（hé）理選擇盾尾密封油脂注入控製策略可以保障盾構安全施工，同時降低施工成本及工程風險。

2.控（kòng）製方式

盾尾密封油脂注（zhù）入有按壓力、按量兩種控製方式。

按壓力控製基本原則是第三道盾尾刷的設定壓力比注漿壓力高2bar，第二道盾尾刷的設定壓力比（bǐ）第三道盾尾刷低1bar，道盾尾刷比第二道盾尾刷低1bar。

一（yī）般情（qíng）況下，第三道盾尾刷容易堵塞，若某個或幾個油脂管出現堵塞（sāi）現象，則調大（dà）設定壓力。若某（mǒu）個或幾個注（zhù）漿管注漿壓力比正常值偏高，則相應增大此（cǐ）位置和相（xiàng）鄰位（wèi）置油脂的設定壓力，第二道和道盾尾刷設定壓力依（yī）次減少1bar。

按盾尾密封油脂（zhī）注入量控製基本原則是盾尾密封油脂的（de）注入量定在2～2.5環一（yī）桶。每環掘進前必須注脂10min。長時間停機，必須每隔3～4h，注油脂10min[5～6]。

3.控製（zhì）流程

盾尾（wěi）注脂控製有自（zì）動、手動兩種模式，盾尾注脂方式有按量按壓力注脂，通過對已有盾尾密封（fēng）油脂係統（tǒng）資料的分析，結合盾尾密封油脂按量按壓力控製方法設計出盾尾密封油脂係（xì）統控製軟件（jiàn），其在手動控（kòng）製模式下，按量按壓力控（kòng）製流程如圖2所（suǒ）示，在（zài）自動控製模式下，按量按壓力控製流程如圖（tú）3所示。

4.實驗分析

4.1實驗目的

通過該實驗解（jiě）決大直徑盾構盾尾密（mì）封油脂消耗成本與工程風險矛盾問（wèn）題。

4.2實驗原（yuán）理（lǐ）

按量控製是在注（zhù）脂泵單次注脂量設（shè）定情（qíng）況下，通過對每一管路設定注脂時（shí）間（jiān），達到該管路注脂時（shí）間（jiān）設定值，啟動下一管路進（jìn）行注脂，延時間隔時間（自動控製模式下延（yán）時0.5s）後關閉（bì）前一管路注脂控製閥，依次類推，所有管路注脂結束，進行盾尾密封油脂注（zhù）入總（zǒng）壓力檢測，確認其大於100bar，且兩套盾尾注脂係統之間的旁路閥（fá）關閉，進入循環控製（zhì）。

按（àn）壓力控製是在注脂泵單次注脂量設定情況下，通過對每一管路設定注脂壓力，達到該管路注脂壓力設定值，啟（qǐ）動下?管路進行注脂，延時間隔時間（自（zì）動控（kòng）製模式下延時0.5s）後關閉前一管路注脂控製閥，依次類推，所有管路（lù）注脂結束，進行盾尾密封油脂注入總（zǒng）壓力檢測，確認其大於100bar，且兩（liǎng）套盾尾（wěi）注脂（zhī）係統之間的旁路（lù）閥關閉，進入循環控製。

4.3實驗步驟

1）設定盾尾（wěi）注脂工作模式為手（shǒu）動控製。

2）設定每一管路注脂時間（jiān），間隔時間。

3）啟動注（zhù）脂係統。

4）觀察實驗（yàn）過（guò）程中每一（yī）管路（lù）注脂指示燈變化情況（kuàng）。

5）停（tíng）止注脂係統。

6）設定每一管路注脂壓（yā）力，按照上述步驟進行實驗。

7）設定盾尾注脂工作模（mó）式為自動控製。

8）設（shè）定每一管路注脂時間，按照上（shàng）述步驟進行相關實驗。

在實驗過程中記錄推進（jìn）係統推進速（sù）度變化過程中每一（yī）管路指示燈的變化情況，如圖4所示。

4.4實（shí）驗結果

通過上述（shù）在實驗台上的模擬試驗，在盾尾注脂工作（zuò）模式是自動（dòng）控製情況下，通過（guò）試驗過程中（zhōng）每一管路指示燈的變化率及推進（jìn）速度，可以近（jìn）似得到盾尾刷與管片的摩擦消耗的油脂量與（yǔ）推進速度成正比。

在盾構推進過程中，盾構操作人員根據掘進速度對盾尾密封係統適當的操作也會優化油（yóu）脂使用量、降低施工成本（běn）、規避施工風險。從控製理論分析及試驗結果來看在盾構（gòu）掘進的時候盡量選擇盾尾密封係統的自動控製模式，把自動檔（dàng）頻率調節到較（jiào）低，進行按量注脂，停（tíng）止掘進時及時停（tíng）止油（yóu）脂使用，如果長時間停止掘進時根據實際需要進行定（dìng）期按壓力注脂，可以（yǐ）規避盾尾漏漿的（de）風險。在盾構施工過程中降低盾尾密封油脂消耗與施（shī）工風險應做到如下兩點。

1）提高（gāo）推進速度，油脂控（kòng）製模式選擇按量控製模式，根據推進速度按比例選擇合適的注脂時間及間隔時間，提高盾尾密封效（xiào）果，降（jiàng）低施工（gōng）風險。

2）在推進過程中盡量使用（yòng）盾尾注脂自動控（kòng）製模式（shì），選（xuǎn）擇按量注脂控製模式，停止推進時操作人員應該及時停止油脂使用，根（gēn）據實（shí）際需要間隔一段時間進行按壓力注脂。

5.結論與建議

在盾構（gòu）推進（jìn）過程中，盾構操作人員根（gēn）據掘進（jìn）速度對盾尾密封係統（tǒng）適當的操作也會優化油脂使（shǐ）用量（liàng）、降低（dī）施（shī）工成本、規（guī）避施工風險。從控製理論（lùn）分析及試驗結果（guǒ）來看在盾構掘進的時候盡量選擇盾（dùn）尾密封係（xì）統的自動控製（zhì）模式，把（bǎ）自動（dòng）檔頻率調節到較低，進行按量注脂，停（tíng）止（zhǐ）掘（jué）進時及時停止油脂使用，如果長時間停止掘進時根據實際需要進行定期按壓力注脂，可以規避盾尾漏漿的風（fēng）險。由於本次試驗（yàn）是基（jī）於自動化實驗平台進行的控製理論及方法模擬試（shì）驗，望（wàng）在後續（xù）的（de）工作中能夠進行施工現場控製方法（fǎ）試驗。

（來源：中天重工）