盾构机HBW密封系统的改进

盾构HBW密封系统的改进

王国义

（中铁十三局集团有限公司成都地铁项目经理部四川成都610015）

摘要盾构作为地铁隧道施工的主要设备在中国迅速发展，为了保证隧道施工的安全性，盾构诸多系统中的HBW密封系统有着重要的作用。本文从盾构的三种密封开始叙述，进而提出原HBW密封系统的设计原理和PLC控制原理，分析原设计由于没有控制分流器脉冲数的上限，致使实际HBW注入量远远超出理论范围，造成施工方成本的增加与浪费。为了能够降低施工成本在理论范围，提出在HBW密封系统设备的分流器前增加一气动球阀，设计一集成电路板对其进行控制，此集中电路板控制电磁阀两次通电间隔时间(0～99秒)和每次的脉冲数(0～99)都是可以调节的，从而保证HBW注入量可以调节到理论范围内。此系统改进后，经过实际应用，效果良好，能够达到节省盾构施工消耗成本的目的，同时也对其它盾构的HBW 密封系统的改进有所借鉴。

关键词HBW密封系统；设计原理；改进；成本

Improvement of the labyrinth seal system for shield machine

Abstract As the major tunnelling equipment for metro construction, shield machine develops rapidly in China.To ensure the safety of shield tunnelling, labyrinth seal system plays an important role in the construction. Beginning with the statement of three types of seal, then the principles of original HBW seal system and PLC control are brought out. Due to the lack of upper limit of diverter impulse, the volume of injection of HBW is far more theoretical volume which result in wasting of HBW and high cost. For reducing the cost of project, an air-powered valve is suggested to be added before diverter. And an IC board is designed to control the valve. The interval of activating(0~99) and each impulse(0~99) can be adjusted. These ensure the HBW volume can be adjusted to theoretical volume. The application of the improvement proves a better result and reduction of cost, and can be a reference of other project.

Key words labyrinth seal system；design principle；improvement；cost

1盾构的密封

盾构是一种既能支承地层的压力、又能在地层中掘进的施工机具。城市地铁使用盾构法施工是随着盾构掘进一定距离(一般为1.2米或1.5米)后使用拼装机将预制好的管片拼装到盾构盾尾内，然后继续掘进再拼装，周而复始。为了保证盾构内与盾构壳体外完全封闭、保证盾构施工人员的安全，盾构一般有三种密封：盾尾密封、铰接密封和主轴承密封。

盾尾密封是为了防止周围地层的土砂、地下水、背后注入浆液、掘削面上的泥水、泥土从盾尾与管片之间的间隙流向盾构内而设置的封装措施。盾尾密封通常使用三排不锈钢钢丝刷，并且在钢丝刷之间注入盾尾密封脂进行实时填充，以达到良好密封效果。

为了能够在小曲率半径下施工，盾构一般做成2节的形式。中盾与盾尾之间以铰接的形式存在。铰接密封是为了防止周围地层的土砂、地下水等从中盾与盾尾之间的间隙流向盾构内而设置的封装措施。铰接密封的主要材料一般采用盘根或特制的弹性橡胶。

主轴承是盾构的最重要部件之一，它主要通过液压或电力为刀盘提供必要的旋转扭矩。主轴承密封分为内部密封系统和外部密封系统（如图1）。

内部密封系统由双唇形密封系统组成，双唇形密封系统与轴承座圈成X型排列，这样可

以保护主轴承的小齿轮空间，不会受到来自盾构内的污染。另外，润滑油手动注入到两唇形密封件之间，可以提高密封效果，减少磨损。

外部密封系统由三排唇形密封系统组成，这样可以防止盾构土仓内的渣土、地下水等进入主轴承内，提高主轴承的使用寿命。第一排与第二排唇形密封件之间自动注入润滑脂，可以提高密封和润滑效果。第二排与第三排唇形密封件之间是泄漏室，可以检查主轴承的密封是否失效。

为了尽最大可能防止盾构土仓内的渣土、地下水等外部杂质侵入三排唇形密封，在第一排唇形密封前部填加密封油脂HBW。填加HBW密封油脂的系统就称为HBW密封系统。

图1 主轴承密封系统图

2盾构的HBW密封系统

2.1HBW密封系统的设计原理

当刀盘旋转时，HBW密封脂通过盾构台车上的气动注脂泵输送到盾构主轴承外部密封系统第一排唇形密封前圆周均匀分布的8个注入点，将其环形空间填满，可以有效防止土仓内的杂质进入三排唇形密封，进而防止进入主轴承内，提高主轴承的寿命。

2.2 HBW密封系统的工作原理与电气控制

某盾构的HBW密封系统(如图2)工作原理如下：

当V5电磁阀处于通电状态下，空压机产生的高压气体经三联体Z1中的冷凝器、气体减压阀、油雾器、安全单向阀V3进入气动注脂泵P2，气动注脂泵在有压气体作用下工作，从气动注脂泵的下口吸入无压HBW密封脂，从出口泵出高压力的密封脂，高压密封脂经截止阀1V002输送到分流器1V001中，高压密封脂推动分流器中的8个齿轮马达旋转，同时分成8等份密封脂分别注入到第一排唇形密封前的8个注入点内。通过手动调节z1中的气体减压