一种盾尾密封油脂高仿真检测设备及检测方法与流程

本发明涉及盾构隧道施工领域，具体涉及到一种盾尾密封油脂高仿真检测设备及检测方法。

背景技术：

盾尾油脂密封是盾构法施工过程中盾构机盾尾与隧道支护环片的一种通用密封形式，其密封效果是确保盾构法安全文明施工的一项重大指标。因此盾尾密封油脂的综合性能是否满足盾构法安全文明施工使用要求极其关键，目前德国、日本、美国等国家对其综合性能的检测都是采用在静态的方式下进行其耐压和泵送效果检测。由于盾构机在隧洞设计轴线中移动掘进，盾构机的姿态随之改变，盾尾与隧洞支护换片的密封间隙也随之改变，各密封点位的密封效果也存在一定的差异。

因此目前静态检测方法不能满足盾构密封油脂的综合性能检测要求。其存在的问题有：一、静态测试的是人工将密封油脂压实在一个装有钢丝网的容器上面，各点位的耐压高度基本一致；二、静态试验中无相对运动的条件；三、静态测试无法测出盾构机正常掘进中的填充性(流动性)；四、静态测试的密封隔环是钢丝网，不是盾构机上的盾尾刷；五、静态测试只能显示注入的水压或气压，不能显示密封油脂的密封房内的压力。综上所述，静态检测无法反映盾构密封油脂在实际施工使用时的真实性能，所检测得出的数据与实际施工时会存在较大偏差，从而影响施工质量，甚至因密封油脂的数据错误在施工时引发重大的安全事故，这是绝对不允许发生的。相对于静态检测，动态检测才更有效地检测出密封油脂的真实性能。动态检测是综合考虑到实际施工时所出现的情况，例如盾尾与护片之间的间隙大小的变化，不同埋深下水压的不同以及盾构掘进等情况，在上述情况下对密封油脂进行检测，所检测得出的密封油脂性能更加真实可靠，更能反映密封油脂在不同施工情况下的性能，使施工人员能够正确地判断密封油脂的适用性，避免因密封油脂的性能不足影响施工质量或者造成安全事故。

然而，受场景因素和成本的限制，密封油脂生产厂家无法在实际的施工情况下进行密封油脂性能检测，动态检测无法进行，所检测得出的性能数据不能真实反映密封油脂的性能，因此，亟需一种能够实现动态检测的设备来解决该技术问题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种盾尾密封油脂高仿真检测设备及检测方法，该设备通过筒体和支护环片来模拟盾尾的实际施工情况，实现近乎1：1高程度仿真，可高仿真盾尾与护片之间的间隙大小的变化，不同埋深下水压的不同以及盾构掘进等情况，在上述情况下进行密封油脂动态检测，检测得出的结果更加真实可靠。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案为：

提供了一种盾尾密封油脂高仿真检测设备，包括筒体、支护环片、盾尾刷、间隙调整油缸和运动调整油缸，其中，所述支护环片置于筒体中，所述间隙调整油缸固定在支护环片或者筒体上，且间隙调整油缸的伸缩杆位于支护环片与筒体之间，用于调整支护环片与筒体之间的间隙；所述运动调整油缸连接在支护环片和筒体两者的任意一者上，且连接在该者的前端或者末端，用于控制支护环片与筒体之间的前后相对运动；所述盾尾刷固定在筒体内侧，且环向均匀密布在支护环片与筒体之间的间隙中，所述盾尾刷纵向设有至少三道，相邻两道盾尾刷之间形成密封房，所述密封房中安装有压力传感器，其中，至少一道密封房为盾尾油脂密封房，所述筒体在盾尾油脂密封房的位置上设有油脂注入孔，所述支护环片和筒体两者或者任意一者在至少一道盾尾油脂密封房的位置上设有透明玻璃；至少一道密封房为水或浆液密封房，所述筒体在水或浆液密封房的位置上设有水或浆液注入孔。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述支护环片与筒体之间的间隙中安装有用于检测间隙大小的激光导向耙。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述盾尾刷纵向设有六道，共形成五道密封房，第三道密封房为水或浆液密封房，其余均为盾尾油脂密封房，所述透明玻璃设在第一和第二密封房的位置上。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述支护环片和筒体两者或者任意一者在至少一道水或浆液密封房的位置上设有透明玻璃。

作为本发明所述设备的进一步改进，每道盾尾油脂密封房位置上的油脂注入孔和压力传感器分别设有三个，所述油脂注入孔和压力传感器分别环向120度均匀分布，所述水或浆液注入孔在每道水或浆液密封房位置上的水或浆液注入孔及压力传感器分别设有一个。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述透明玻璃在每道盾尾油脂密封房的位置上环向60度均匀分布。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述间隙调整油缸固定在筒体上，且分别位于筒体的前后两端，每端各四个90度环向均匀分布；所述运动调整油缸连接在支护环片的前端，设有两个。

作为本发明所述设备的进一步改进，所述支护环片和筒体两者或者任意一者在至少一道组成盾尾油脂密封房的盾尾刷的位置上安装有可拆卸的安装板。

本发明还提供了一种盾尾密封油脂高仿真检测方法，使用到上述的盾尾密封油脂高仿真检测设备，包括以下步骤：

一、盾尾密封油脂高仿真检测设备的油脂注入孔通过管道与油脂注入泵连接，管道长度至少为3米；水或浆液注入孔与水或浆液注入泵连接；

二、通过油脂注入孔往盾尾油脂密封房中注入油脂；

三、油脂流动性及盾尾油脂压力检测：通过密封房容积与油脂填充容积的对比，或者通过密封房上下两端压力的对比，判断油脂是否完全填充满，当油脂完全填充满后，观察盾尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录该压力为压力值a，观察距离筒体至少3米位置的管道的压力显示值，记录该压力为压力值b；

四、保压检测：关闭油脂注入孔，10分钟至40分钟后观察尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记为压力值c；

五、渗漏检测：再将尾油脂密封房上的压力升至压力值a，关闭油脂注入孔，往水或浆液注入孔中注入水或浆液，水或浆液的压力为盾构机在不同埋深时水压的压力，该压力记为压力d，10分钟至40分钟后观察密封房是否发生水或浆液渗漏，如发生渗漏，减小水或浆液注入压力，压力减少至停止泄漏为止，记录该压力值为压力值e；

六、密封动态检测：在进行渗漏检测之后，有两种情况：情况一：如渗漏检测时发生渗漏，停止泄漏后以不高于压力值e的压力下继续注入水或浆液，然后通过间隙调整油缸调整筒体与支护环片之间的间隙，两者之间的间隙在筒体的最大偏移量与最小偏移量范围内调整，调整过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，如发生渗漏，记录渗漏时的间隙大小，并在该间隙大小下减小水或浆液注入压力，压力减少至停止泄漏为止，记录该压力值为f；情况二：如没有发生渗漏，在不高于压力值d的压力下继续注入水或浆液，该压力记为压力值g，然后通过间隙调整油缸调整筒体与支护环片之间的间隙，两者之间的间隙在筒体的最大偏移量与最小偏移量范围内调整，调整过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，如发生渗漏记录渗漏时的间隙大小，并在该间隙大小下减小水或浆液注入压力，压力减少至停止泄漏为止，记录该压力为压力值f；

七、掘进模拟检测：在进行密封动态检测后，有两种情况：情况一：如密封动态检测时发生渗漏，停止泄漏后以不高于压力值f的压力下继续注入水或浆液，然后通过运动调整油缸推动筒体与支护环片之间发生前后相对运动，运动速度为盾构机实际施工时掘进的速度，运动过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，如发生渗漏，减小水或浆液注入压力，压力减少至停止泄漏为止，记录该压力为压力值h；情况二：如密封动态检测时没有发生渗漏，在不高于压力值g的压力下继续注入水或浆液，然后通过运动调整油缸推动筒体与支护环片之间发生前后相对运动，运动速度为盾构机实际施工时掘进的速度，运动过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，如发生渗漏，减小水或浆液注入压力，压力减少至停止泄漏为止，记录该压力为压力值h；

八、数据统计总结：进行上述检测后，根据所记录的压力值进行统计，得出油脂的综合性能。

作为本发明所述方法的进一步改进，在盾尾密封油脂高仿真检测设备上，支护环片和筒体两者或者任意一者在至少一道组成盾尾油脂密封房的盾尾刷的位置上安装有可拆卸的安装板，所述方法还包括在不同损坏程度的盾尾刷下的油脂性能检测，通过拆卸安装板来更换不同损坏程度的盾尾刷，更换后进行盾尾密封油脂高仿真检测。

本发明所述设备的有益效果为：该设备通过筒体和支护环片来模拟盾尾的实际施工情况，实现动、静态相结合，实现近乎1：1高程度仿真检测，能够检测盾尾密封油脂在不同工况下透水性、耐压能力、保压能力、泵送效果和流动性等一系列的技术参数，能够模拟盾构机姿态与隧洞支护环片在不同轴线状态下盾尾密封间隙发生变动的情况，在该动态环境中进行密封耐压性及动态性压力流失的检测，在该高仿真模拟下的检测结果更加真实可靠，引导盾构法安全、快捷施工。

本发明所述方法的有益效果为：该方法是在盾尾密封油脂高仿真检测设备高仿真模拟隧道掘进中盾尾与隧洞支护环两者密封的情况下进行，可检测各生产厂家盾尾密封油脂的综合性能，通过检测结果判定该产品是否满足使用要求，同时通过检测为施工项目提供一系列的技术指导参数，回避在掘进过程中产生漏水漏浆的情况，提供生产效率，降低施工风险。

附图说明

图1为所述盾尾密封油脂高仿真检测设备环向示意图；

图2为图1中a-a部分剖视图；

图3为图1中b-b部分剖视图；

图4为图1中c-c部分剖视图；

图5为所述盾尾密封油脂高仿真检测设备纵向示意图；

标记说明：1-筒体、11-油脂注入孔、12-水或浆液注入孔、13-透明玻璃、2-支护环片、21-安装板、3-盾尾刷、31-盾尾油脂密封房、32-水或浆液密封房、4-间隙调整油缸、5-运动调整油缸。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种盾尾密封油脂高仿真检测设备，包括筒体1、支护环片2、盾尾刷3、间隙调整油缸4和运动调整油缸5，其中：

间隙调整油缸4固定在筒体1上，且分别位于筒体1的前后两端，每端各四个90度环向均匀分布，间隙调整油缸4的伸缩杆位于支护环片2与筒体1之间，用于调整支护环片2与筒体1之间的间隙，支护环片2与筒体1之间的间隙中安装有用于检测间隙大小的激光导向耙。通过间隙调整油缸4来模拟盾体部分与隧洞支护环片2轴线发生偏离时盾尾密封间隙发生改变的情景；

如图5所示，运动调整油缸5连接在支护环片2的前端，设有两个，通过运动调整油缸5的伸缩动作控制支护环片2与筒体1之间的前后相对运动，用于模拟盾体与隧道支撑环片相对运动时的盾尾油脂的耐压能力；

如图2所示，盾尾刷3固定在筒体1内侧，且环向均匀密布在支护环片2与筒体1之间的间隙中，盾尾刷3纵向设有六道，相邻两道盾尾刷3之间形成密封房，共形成五道密封房，其中，第三道密封房为水或浆液密封房32，其余均为盾尾油脂密封房31。筒体1在每道盾尾油脂密封房31位置上分别设有油脂注入孔11和压力传感器，每道盾尾油脂密封房31中油脂注入孔11和压力传感器分别设有三个，油脂注入孔11和压力传感器分别环向120度均匀分布；筒体1在水或浆液密封房32的位置上分别设有一个水或浆液注入孔12和一个压力传感器；

如图3所示，筒体1在第一道、第二道盾尾油脂密封房31及第三道水或浆液密封房32的位置上设有透明玻璃13，透明玻璃13在上述密封房中分别环向60度均匀分布。通过透明玻璃13可观察不同黏度油脂的流动性及填充性；

如图4所示，支护环片2在组成盾尾油脂密封房31的第四道、第六道盾尾刷3的位置上分别安装有可拆卸的安装板21。通过拆卸安装板21来更换不同损坏程度的盾尾刷3，可用于检测不同损坏程度的盾尾刷3和不同黏度系数的盾构油脂的最大耐压情况。

在其他可替代的实施例中，间隙调整油缸4可固定在支护环片2上；运动调整油缸5可连接在筒体1上，并且连接在筒体1的末端；盾尾刷3纵向设有至少三道，且包括至少一道盾尾油脂密封房31和至少一道水或浆液密封房32；透明玻璃13可设有支护环片2上，或者同时设在筒体1与支护环片2上；安装板21可安装在筒体1上，或者同时安装在筒体1与支护环片2上。

下面通过上述盾尾密封油脂高仿真检测设备来进行盾尾密封油脂高仿真检测。

广州某地铁施工单位盾构机选型是泥水平衡盾构机，施工前期采用国内某一品牌盾尾密封油脂(简称a产品)，该单位盾构掘进过程中发现a产品每环的用量为125kg，在注浆压力大于3.2bar或盾尾密封间隙大于40mm时盾尾即出行漏水漏浆的情况，严重的影响安全文明施工。之后该施工单位另选定两家盾尾密封油脂(简称b产品和c产品)委托我中心进行选型鉴定。如下为abc产品鉴定步骤和测试结果。

实施例一：a产品鉴定步骤。

一、盾尾密封油脂高仿真检测设备的油脂注入孔通过管道与油脂注入泵连接，管道长度为8米；水或浆液注入孔与水或浆液注入泵连接；

二、通过油脂注入孔往盾尾油脂密封房中注入a产品；

三、油脂流动性及盾尾油脂压力检测：通过密封房容积与油脂填充容积的对比，或者通过密封房上下两端压力的对比，判断油脂是否完全填充满，当油脂完全填充满后，观察盾尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录当前密封房压力值4.5bar，观察距离筒体8米位置的管道的压力显示值，记录当前该压力值40bar，通过观察油脂在油脂密封房中的填充情况和两个压力值的对比，检测得出a产品的填充性(流动性)良好，此时筒体与支护环片的间隙为31mm-49mm；其次在观察密封房外有无油脂溢流出来，经检测有油脂溢出。

四、保压检测：关闭油脂注入孔，20分钟后观察尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录压力值为3.6bar；

五、渗漏检测：再将尾油脂密封房上的压力升至4.5bar，关闭油脂注入孔，往水或浆液注入孔中注入压力至少为4.5bar的水或浆液，20分钟后观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房渗漏，之后减小水或浆液注入压力，压力减少至筒体停止泄漏，当前停止泄漏后封房油脂压力值为3.9bar，浆液或水当前压力值为3.8bar；

六、密封动态检测：以当前密封房3.8bar的压力继续注入水或浆液，然后通过间隙调整油缸调整筒体与支护环片之间的间隙，两者之间的间隙在31-49mm范围内调整，调整过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，观察发现，当间隙大于43mm时，密封房发生渗漏，渗漏后在该间隙大小下减小水或浆液注入压力，当压力减少至筒体停止泄漏时，记录压力值为3.5bar；

七、掘进模拟检测：继续以当前3.5bar的压力值继续注入水或浆液，然后通过运动调整油缸推动筒体与支护环片之间发生前后相对运动，当前间隙为43mm，运动速度为40mm/min，运动过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房再次渗漏，渗漏后减小水或浆液注入压力，当压力减少至密封房停止泄漏时，记录压力值为3.1bar，油脂密封房压力为3.2；

八、数据统计总结：进行上述检测后，根据透明玻璃观察到的油脂填充情况及所记录的压力值进行统计，并得出油脂的综合性能。

实施例二：b产品鉴定步骤。

一、盾尾密封油脂高仿真检测设备的油脂注入孔通过管道与油脂注入泵连接，管道长度为8米；水或浆液注入孔与水或浆液注入泵连接；

二、通过油脂注入孔往盾尾油脂密封房中注入b产品；

三、油脂流动性及盾尾油脂压力检测：通过密封房容积与油脂填充容积的对比，或者通过密封房上下两端压力的对比，判断油脂是否完全填充满，当油脂完全填充满后，观察盾尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录该压力值为6.5bar，观察距离筒体8米位置的管道的压力显示值，记录该压力值为42bar，通过观察油脂在油脂密封房中的填充情况和两个压力值的对比，检测得出b产品的填充性(流动性)良好，此时筒体与支护环片的间隙为32mm-48mm，其次在观察密封房外有没油脂溢流出来，经检测有油脂溢出。

四、保压检测：关闭油脂注入孔，20分钟后观察尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录当前压力值5.3bar；

五、渗漏检测：再将尾油脂密封房上的压力升至6.5bar，关闭油脂注入孔，往水或浆液注入孔中注入压力至少为6bar的水或浆液，20分钟后观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房渗漏，之后减小水或浆液注入压力，压力减少至密封房停止泄漏，记录压力值为5.2bar，密封房当前压力值为5.3bar；

六、密封动态检测：以5.2bar的压力继续注入水或浆液，然后通过间隙调整油缸调整筒体与支护环片之间的间隙，两者之间的间隙在32-48mm范围内调整，调整过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，观察发现，当间隙大于43mm时，密封房无渗漏，继续调整间隙，当间隙调整至48mm后密封房发生渗漏，渗漏后在该间隙大小下减小水或浆液注入压力，当压力减少至密封房停止泄漏时，记录压力值为4.6bar，油脂密封房当前压力值为4.8bar；

七、掘进模拟检测：以4.6bar的压力值继续注入水或浆液(盾构掘进中注浆压力通常在3bar-6bar中选择进行注浆)，然后通过运动调整油缸推动筒体与支护环片之间发生前后相对运动，当前间隙为43mm，运动速度为40mm/min，运动过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房再次渗漏，渗漏后减小水或浆液注入压力，当压力减少至筒体停止泄漏时，记录压力值为4.2bar，当前密封房的压力值为4.3bar；

八、数据统计总结：进行上述检测后，根据透明玻璃观察到的油脂填充情况及所记录的压力值进行统计，并得出油脂的综合性能。

实施例三：c产品鉴定步骤。

一、盾尾密封油脂高仿真检测设备的油脂注入孔通过管道与油脂注入泵连接，管道长度为8米；水或浆液注入孔与水或浆液注入泵连接；

二、通过油脂注入孔往盾尾油脂密封房中注入c产品；

三、油脂流动性及盾尾油脂压力检测：通过密封房容积与油脂填充容积的对比，或者通过密封房上下两端压力的对比，判断油脂是否完全填充满，当油脂完全填充满后观察盾尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录该压力值为8.2bar，观察距离筒体8米位置的管道的压力显示值，记录该压力值为43bar，通过观察油脂在油脂密封房中的填充情况和两个压力值的对比，检测得出b产品的填充性(流动性)良好，此时筒体与支护环片的间隙为34mm-46mm，其次在观察密封房外有没油脂溢流出来，经检测有油脂溢出。

四、保压检测：关闭油脂注入孔，20分钟后观察尾油脂密封房上的压力传感器的压力显示值，记录压力值为8bar，30分钟后记录压力值为7.9bar；

五、渗漏检测：再将尾油脂密封房上的压力升至8.2bar，关闭油脂注入孔，往水或浆液注入孔中注入压力至少为8bar的水或浆液，30分钟后观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房无渗漏情况；

六、密封动态检测：以7.8bar的压力继续注入水或浆，然后通过间隙调整油缸调整筒体与支护环片之间的间隙，两者之间的间隙在32-48mm范围内调整，调整过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，观察发现，最大间隙时，密封房无渗漏情况；

七、掘进模拟检测：以6.2bar的压力值继续注入水或浆液(盾构掘进中注浆压力通常在3bar-6bar中选择进行注浆)，然后通过运动调整油缸推动筒体与支护环片之间发生前后相对运动，运动速度为40mm/min，运动过程中观察密封房是否发生水或浆液渗漏，结果密封房无渗漏情况；

八、数据统计总结：进行上述检测后，根据透明玻璃观察到的油脂填充情况及所记录的压力值进行统计，并得出油脂的综合性能。

将上述三个实施例整理成列表的形式，具体的列表如下：

实施例一、二、三试验检测后结论：通过abc产品的试验检测，我技术中心建议该施工单位选定c盾尾密封油脂。同时给出注入压力参数，检测压力低于32bar时候开始注入，检测压力高于48bar时停止密封油脂注入。该单施工单位使用c油脂后，每环的注入量为50kg，在掘进过程中无出现漏水漏浆的现象。

综上所述，本发明经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。