邢鵬飛 魏國(guó)鵬 王德乾

（1.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600；2.中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 101100）

1 引言

截止到2017年12月底，全國(guó)有58個(gè)城市獲批城市軌道交通項(xiàng)目，規(guī)劃總里程達(dá)到7 300 km，總投資達(dá)35 000億元。除了開通運(yùn)營(yíng)的33個(gè)城市外，目前全國(guó)在建城市軌道交通的城市有48個(gè)，在建里程5 636 km。按直徑為6.28 m的盾構(gòu)機(jī)平均掘進(jìn)（雙線）1 km消耗80 t國(guó)產(chǎn)泵送型盾尾密封油脂計(jì)算，將消耗450 000 t，目前國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格在12元/kg左右，國(guó)產(chǎn)盾尾密封油脂市場(chǎng)容量將超過(guò)54億元。作為盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)施工用的消耗性密封材料，其性能以及與盾構(gòu)施工的匹配性直接決定施工能否順利進(jìn)行，因此盾尾密封油脂與盾構(gòu)施工適應(yīng)性研究尤為重要。

近十多年以來(lái)，全國(guó)在建的48個(gè)城市幾乎囊括了各種施工地質(zhì)環(huán)境，而在這種多樣的盾構(gòu)施工環(huán)境中，不管是采用進(jìn)口產(chǎn)品還是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，都或大或小出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。這些問(wèn)題輕則影響盾構(gòu)施工的正常進(jìn)行，重則引起江水倒灌、地基下沉或坍塌，造成比較大的損失[1-2]。因此，經(jīng)過(guò)近幾年對(duì)盾尾密封油脂的深入研究、現(xiàn)場(chǎng)使用，發(fā)現(xiàn)了諸多問(wèn)題，例如:（1）盾尾密封油脂受環(huán)境溫度影響大，在春秋換季或者冬天溫度較低時(shí)，容易出現(xiàn)盾尾油脂泵“打不動(dòng)”油脂的問(wèn)題[3]；（2）盾尾密封油脂受地層影響大，特別是在富水砂層或砂卵石地層，油脂消耗量偏大，還容易出現(xiàn)盾尾漏水漏漿的問(wèn)題[4-5]；（3）盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)姿態(tài)不穩(wěn)，導(dǎo)致部分位置盾尾間隙過(guò)大，出現(xiàn)漏漿漏水問(wèn)題[6]；（4）盾尾密封油脂的注入速度與掘進(jìn)速度不匹配可能導(dǎo)致漏漿漏水，或者造成大量浪費(fèi)的問(wèn)題[7]；（5）盾尾刷質(zhì)量差，磨損嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成漏漿通道，導(dǎo)致漏漿漏水，并使得油脂消耗量增大的問(wèn)題[8-9]。其中影響盾尾密封油脂正常使用的最大因素是環(huán)境溫度，尤其是在春秋換季或冬天溫度較低時(shí)，容易出現(xiàn)盾尾密封油脂泵“打不動(dòng)”油脂的問(wèn)題[10]。

本文重點(diǎn)研究了盾尾密封油脂與盾構(gòu)施工環(huán)境溫度的適應(yīng)性。基于北京市科委重大辦課題《耐高水壓盾構(gòu)用盾尾密封油脂研制》的研究成果[11-12]，以及課題所研制產(chǎn)品已經(jīng)在成都地鐵6號(hào)線和10號(hào)線2期15個(gè)標(biāo)段使用，鄭州豫機(jī)線城際和深圳穗莞深城際、長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線等大量使用情況，提出了國(guó)內(nèi)不同季節(jié)施工環(huán)境下所需盾尾密封油脂的配方與性能。

2 夏季配方

根據(jù)地域不同，即使是夏季，不同地區(qū)施工環(huán)境溫度也有一定不同，從而對(duì)盾尾密封油脂的主要技術(shù)指標(biāo)提出了相應(yīng)的要求，如表1所示。

表1 我國(guó)不同地區(qū)的盾尾密封油脂夏季配方的主要性能指標(biāo)

由表1可知，西南部地區(qū)，以成都為例，2017年4月，盾尾密封油脂在成都地鐵6號(hào)線和10號(hào)線2期開始使用，其型號(hào)為ANDR P2夏季配方，此時(shí)施工環(huán)境溫度一般在20～35℃。該配方的泵送性為18 g/min，錐入度為217，每桶盾尾密封油脂能打5～8環(huán)（管片寬度1.5 m），基本不漏水不漏漿，使用效果良好。經(jīng)過(guò)2017年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，西南地區(qū)盾尾密封油脂的夏季配方泵送性在15～20 g/min，錐入度在210～220為最佳。

華中、華東和華北地區(qū)，以北京為例，2017年5～9月，盾尾密封油脂在北京地鐵16號(hào)線21標(biāo)使用，其型號(hào)為ANDR P2夏季配方，此時(shí)施工環(huán)境溫度一般在20～40℃。該配方的泵送性為18 g/min，錐入度為217，每桶盾尾密封油脂能打5～6環(huán)（管片寬度1.5 m），基本不漏水不漏漿，使用效果良好。經(jīng)過(guò)2017年的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度基本不變的前提下，華中、華東和華北地區(qū)盾尾密封油脂的夏季配方泵送性在15～20 g/min，錐入度在210～220為最佳。

華南地區(qū)，以深圳為例，2016～2017年，盾尾密封油脂在深圳穗莞深城際9標(biāo)使用，2016年7月，本文參照北京的夏天，調(diào)制了夏季配方，該配方出廠檢驗(yàn)中錐入度為217，泵送性為18 g/min。在實(shí)際使用中，反應(yīng)黏稠度不夠，因此進(jìn)行了二次配方調(diào)制，第二次配方產(chǎn)品的錐入度為208，泵送性為12 g/min。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，不漏漿不漏水，獲得施工單位的好評(píng)。因此深圳周邊每年4～10月使用夏季配方，此時(shí)氣溫一般在20～40℃。本文建議在黏度適中的前提下，華南地區(qū)盾尾密封油脂的夏季配方泵送性在15～20 g/min，錐入度在205～215為最佳。

東北地區(qū)，以長(zhǎng)春為例，2016年6月，盾尾密封油脂在長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線BT1項(xiàng)目使用，使用前期，本文參照北京的夏天，調(diào)制了夏季配方，該配方出廠檢驗(yàn)中錐入度為217，泵送性為18 g/min。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，每桶盾尾密封油脂能打8～10環(huán)（管片寬度1.2 m），不漏水不漏漿，獲得施工單位的好評(píng)。因此每年5～9月，此時(shí)氣溫一般在20～30℃。經(jīng)過(guò)2016年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，東北地區(qū)盾尾密封油脂的夏季配方泵送性在15～22 g/min，錐入度在215～225為最佳。

因此，盾尾密封油脂的夏季配方，主要應(yīng)用于室外溫度為20～40℃條件下，基本適用于我國(guó)所有地區(qū)的夏季。該配方25℃下的錐入度為210～225，在25℃、1 MPa下的泵送性為12～22 g/min。

3 春秋配方

春秋換季的季節(jié)，溫差比較大，尤其每年10月份，東北已經(jīng)進(jìn)入冬季，然而華南地區(qū)仍然保留著夏季的余熱。因此，春秋季節(jié)對(duì)盾尾密封油脂的主要技術(shù)指標(biāo)提出了更高的匹配性要求，如表2所示。

表2 我國(guó)不同地區(qū)的盾尾密封油脂春秋配方的主要性能指標(biāo)

西南地區(qū)，以成都為例，2017年9月盾尾密封油脂在成都地鐵6號(hào)線和10號(hào)線2期全面甲供，期間隨著成都溫度的不斷走低，本文調(diào)制了春秋配方，第一次調(diào)試配方，產(chǎn)品的錐入度為234，泵送性為34.6 g/min。然而現(xiàn)場(chǎng)使用后，反應(yīng)黏稠度小。課題組又進(jìn)行了二次調(diào)試，產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)結(jié)果為錐入度為222，泵送性為21.5 g/min?，F(xiàn)場(chǎng)使用后，效果良好，一桶盾尾密封油脂基本上平均打5～7環(huán)（管片寬度1.5 m），獲得使用單位好評(píng)。因此，2017年10月至2018年4月的成都，氣溫一般在5～25℃，采用ANDRP2春秋配方。經(jīng)過(guò)2017年、2018年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，西南地區(qū)盾尾密封油脂春秋配方泵送性在20～25 g/min，錐入度在215～230為最佳。

華北、華中和華東地區(qū)，以北京、鄭州為例，2017年9月底為鄭州豫機(jī)線城際供應(yīng)了一批錐入度217、泵送性18 g/min的夏季配方，鑒于現(xiàn)場(chǎng)原因，該批油脂一直沒(méi)用，直到10月底，開始使用。使用時(shí)，出現(xiàn)了油脂泵打不動(dòng)油脂的問(wèn)題。本文提出夏季配方的油脂已經(jīng)與春秋施工不匹配了，隨后調(diào)制了春秋配方，產(chǎn)品出廠檢測(cè)結(jié)果為錐入度228、泵送性24.6 g/min。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，效果良好。因此，華北、華中和華東地區(qū)的2017年10～11月、2018年4月使用春秋配方，此時(shí)氣溫一般在5～25℃，經(jīng)過(guò)2017年、2018年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，華北、華中和華東地區(qū)盾尾密封油脂的春秋配方泵送性在20～25 g/min，錐入度在220～235為最佳。

華南地區(qū)，以深圳為例，2016年～2017年，盾尾密封油脂在深圳穗莞深城際9標(biāo)使用，2016年7月，本文參照北京的夏天，調(diào)制了夏季配方，該產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)中錐入度為217，泵送性為18 g/min。在實(shí)際使用中，反應(yīng)黏稠度不夠，因此進(jìn)行了二次配方調(diào)制，第二次配方產(chǎn)品的錐入度為208，泵送性為12 g/min。隨著溫度適度降低，2017年11月至2018年3月使用春秋配方，此時(shí)氣溫一般在10～25℃，本文又使用錐入度217、泵送性18 g/min的配方，與環(huán)境溫度匹配度很高，使用效果良好。經(jīng)過(guò)2016年、2017年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，華南地區(qū)在每年的11月到3月，采用ANDR P2春秋配方，其泵送性在15～20 g/min，錐入度在215～220為最佳，該數(shù)值基本與華北的夏季配方相當(dāng)。

東北地區(qū)，以長(zhǎng)春為例，2016年6月，盾尾密封油脂在長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線BT1項(xiàng)目使用，使用前期，本文參照北京的夏天，調(diào)制了夏季配方，該配方出廠檢驗(yàn)中錐入度為217，泵送性為18 g/min，使用效果良好。隨著溫度降低，2016年10月至2018年4月，長(zhǎng)春的氣溫一般在0～20℃，所以對(duì)配方進(jìn)行了調(diào)整，產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)結(jié)果為錐入度234，泵送性34.6 g/min，配方與環(huán)境溫度的匹配很好，每桶盾尾密封油脂能打8環(huán)左右（管片寬度1.2 m），不漏水不漏漿。經(jīng)過(guò)2016年、2017年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，東北地區(qū)盾尾密封油脂春秋配方的泵送性在25～38 g/min，錐入度在225～240為最佳。

因此，盾尾密封油脂的春秋配方，主要應(yīng)用于室外溫度為0～25℃條件下。該配方25℃下的錐入度在215～240之間，在25℃、1 MPa下的泵送性為15～38 g/min。

4 冬季配方

冬季，環(huán)境溫度偏低，盾尾密封油脂大都儲(chǔ)存在地面，因此其流動(dòng)性受到溫度的考驗(yàn)。目前，施工人員一般提前將盾尾密封油脂放入盾構(gòu)隧道中，適度保溫，再開始使用，以免出現(xiàn)油脂泵打不動(dòng)盾尾密封油脂的情況。因此，冬季對(duì)盾尾密封油脂的主要技術(shù)指標(biāo)泵送性提出了更高的匹配性要求，如表3所示。

表3 我國(guó)不同地區(qū)的盾尾密封油脂冬季配方的主要性能指標(biāo)

華北、華中、華東地區(qū)，以北京、鄭州為例，2017年10月底，開始使用錐入度228、泵送性24.6 g/min的春秋配方，隨著溫度逐漸降低，2017年12月至2018年3月使用冬季配方，此時(shí)氣溫一般在-10～10℃，所調(diào)制的冬季配方錐入度238、泵送性32.8 g/min，使用效果良好。經(jīng)過(guò)2017年、2018年鄭州豫機(jī)線和北京地鐵16號(hào)線的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，本文建議在黏度適中的前提下，盾尾密封油脂的冬季配方的錐入度在225～240為最佳。

東北地區(qū)，以長(zhǎng)春、呼和浩特為例，2017年12月底，在內(nèi)蒙呼和浩特2號(hào)線中鐵十六局甲供項(xiàng)目使用冬季配方，鑒于施工場(chǎng)地?zé)o保溫房，此時(shí)氣溫一般在-20～0℃，所調(diào)制的冬季配方的錐入度248、泵送性38.8 g/min，使用效果良好。2017年11月～2018年3月，此時(shí)氣溫一般在-25～5℃。經(jīng)過(guò)2016年、2017年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，東北地區(qū)一般在冬季設(shè)保溫棚（如長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線），保溫棚溫度0～10℃，本文建議在黏度適中的前提下，東北地區(qū)盾尾密封油脂的冬季配方泵送性在35～40 g/min，錐入度在230～245為最佳，假如不設(shè)保溫棚（如內(nèi)蒙呼和浩特2號(hào)線），本文建議在黏度適中的前提下，東北地區(qū)盾尾密封油脂的冬季配方泵送性在40～45 g/min，錐入度在245～255為最佳。

因此，盾尾密封油脂的冬季配方，主要應(yīng)用于室外溫度為-25～10℃條件下，基本適用于我國(guó)所有地區(qū)的冬季。該配方25℃下的錐入度在225～255之間，在25℃、1 MPa下的泵送性為30～45 g/min。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)盾尾密封油脂在使用中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論與建議:

（1）環(huán)境溫度與盾尾密封油脂性能匹配性，如表4所示。

表4 不同環(huán)境溫度的盾尾密封油脂主要性能指標(biāo)

（2）本研究成果幫助施工單位在不同的施工環(huán)境溫度下（-25～40℃），選擇與之匹配的盾尾密封油脂，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率，保證施工的順利進(jìn)行。