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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (9): 1965-1979.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.09.011
赵睿, 李树忱*, 万泽恩, 于辰雨
ZHAO Rui, LI Shuchen*, WAN Ze’en, YU Chenyu
摘要: 针对高水压盾构隧道施工中因盾尾刷磨损、压缩塑性变形或浆液板结硬化等劣化因素导致盾尾刷与管片之间出现接触失效区域,进而引发盾尾密封系统击穿的关键问题,通过流变性能试验与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,揭示盾尾密封油脂的流变特性与接触失效区域尺寸对密封性能的协同影响机制。以2种自制油脂(高流低黏型、低流高黏型)及某市售国际品牌盾尾密封油脂A为对象,采用流变仪开展稳态剪切、动态振荡应力及温度扫描试验,获得25 ℃条件下的黏度-剪切速率关系、屈服应力及黏弹性转变特征。基于实际盾尾密封结构,建立二维CFD数值模型,将盾尾刷简化为多孔介质,模拟8种接触失效区域尺寸(0~15 mm)条件下的盾尾密封系统击穿过程,分析流场、压力传递及失效时间的变化。结果表明: 1)3种油脂均为假塑性流体,高流低黏型油脂、低流高黏型油脂及A油脂的屈服应力分别为5.65、11.41、22.90 Pa。2)当接触失效区域尺寸超过3 mm后,系统击穿时间显著缩短,密封性能急剧下降。对比3种油脂,低流高黏型油脂在所有接触失效区域尺寸下击穿时间最长,A油脂次之,高流低黏型油脂最短。3)盾尾刷-管片接触失效是密封系统性能劣化的关键诱因。低流高黏型油脂抗击穿能力最优,适用于接触失效区域显著发展的工况; 高流低黏型油脂流动性好,适用于小尺寸接触失效区域的快速填充; A油脂性能介于2者之间,表现出低流高黏的增强特征。4)工程中应根据盾尾刷状态动态匹配油脂类型,当接触失效区域尺寸超过3 mm时,需结合盾尾间隙等工程措施进行控制 。