如果您曾经参与过隧道掘进作业，您就会知道地下的一切都必须具备高可靠性，尤其是密封件。但并非所有密封件都相同，而且盾构机(TBM)的不同部件也需要针对性的密封解决方案。
那么，TBM(盾构隧道掘进机)通常使用哪些类型的密封件呢?让我们来了解一下。
1.主轴承密封件
这些密封件对TBM运行至关重要。主轴承承受持续的重载旋转，并暴露在磨蚀性泥土、泥浆和高压力下。这类密封件通常采用复杂的多唇口设计并带有增强结构(如骨架或织物层)。它们通常由高性能弹性体(例如氟橡胶(FKM)或氢化丁腈橡胶(HNBR))制成，并集成金属弹簧元件以维持密封唇与旋转轴之间必要的接触压力。
2.尾部密封件
尾部密封件安装在盾构机的盾尾，是防止地下水、泥浆和土壤涌入隧道内部的关键屏障。这些密封系统通常设计为多道密封环(常见为3-5道)，由橡胶(如EPDM、NBR)与金属(如弹簧钢、不锈钢)组合构成。密封环之间的腔室持续注入专用密封油脂，形成压力屏障。多级设计的目的是即使在压力波动或盾构姿态调整时也能提供可靠的密封。
3.液压系统密封件
TBM高度依赖于液压执行器来实现推进、转向和刀具操控等功能。这些系统的密封件包括O型圈、活塞/活塞杆密封件(如U型圈、格莱圈)和防尘圈(刮油器)。常用材料包括丁腈橡胶(NBR)或聚氨酯(PU)，它们需要承受系统高压、液压油介质以及潜在的污染颗粒。
4.辅助密封组件：钢丝刷
钢丝刷虽然不是传统意义上的弹性体密封件，但常作为密封系统的重要组成部分，通常安装在刀盘背部、盾壳间隙或作为尾部密封的第一道防线。它们的主要作用是阻挡较大的岩石和土壤颗粒进入更内部的精密密封区域(如主轴承密封或液压缸)，延长主密封的使用寿命。钢丝刷通常与密封油脂注入系统配合使用，增强其阻挡效果。
TBM操作员常见问题
问题1：所有TBM都使用相同的密封类型吗?
答：不一定。密封件的具体类型、设计和材料选择很大程度上取决于TBM的类型(如土压平衡盾构(EPB)或泥水平衡盾构(SlurryTBM))、机器尺寸、项目特定的地质水文条件(土壤/岩石类型、地下水压、磨蚀性)以及掘进参数(推力、扭矩、压力)。不同原理的TBM其密封系统，特别是尾部密封，存在显著差异。
问题2：导致地下密封件失效的常见原因有哪些?
答：常见原因包括：材料选择与工况不匹配、安装不当(如划伤、扭曲)、极端磨蚀性土壤/岩石的持续磨损、密封油脂供应不足或性能失效、压力波动超出设计范围、以及意外的地质条件变化(如遇到高压含水层或障碍物)。持续的监控、及时的维护和正确的油脂管理是预防失效、延长密封寿命的关键措施。
问题3：无需拆卸整台机器即可更换密封件吗?
答：部分密封件可以在现场进行有限度的更换。例如，尾部密封的个别密封环或外部的钢丝刷组件，通常可以在计划维护期间，通过盾构机预留的检修通道或拆卸部分盾尾结构进行更换。然而，主轴承密封或深埋在机器内部的液压系统关键密封件的更换，通常涉及更复杂的拆卸程序，可能需要进入主轴承舱或拆卸液压缸，耗时较长且影响掘进进度。
为TBM选择合适的密封件时，须充分考虑其具体工作环境(地质、水压、污染物)、所承受的运动和载荷类型(旋转、振动、高压)、以及接触的介质(泥土、泥浆、油脂、液压油)。采用设计合理、材料匹配且维护得当的密封解决方案，对于维持盾构机的高效运转、保障掘进作业的连续性以及控制项目风险都具有重要意义。