多滚刀破岩时磨损状态对刀具破岩力的影响分析

在TBM掘进过程中,滚刀作为主要的破岩工具不可避免地会发生各式各样的磨损,但关于滚刀磨损后滚刀群中各滚刀受力特性变化的研究仍较为缺乏.通过ABAQUS软件对三滚刀顺序切削破岩过程进行模拟,对不同位置滚刀发生磨损后滚刀群中各滚刀的受力情况展开分析.结果表明,当三滚刀按顺序破岩时,首先进行切削的滚刀垂直力与滚动力越大,后进...     

砂卵石地层地铁盾构盘形滚刀磨蚀性研究

刀具磨损一直是影响盾构法施工质量及进度的关键问题,其在砂卵石地层中表现得尤为明显。为了研究砂卵石地层地铁盾构滚刀磨蚀性的规律,本文依托成都地铁1、7号线,首先分析了掘进机掘进参数和砂卵石地层不均一性对滚刀磨损的影响,总结了影响滚刀磨损量的各种因素|然后模拟现场情况制备室内岩箱模型,借助滚刀岩机作用实验台进行了不同刀具布置位置的磨损试验,通过3D扫描仪测得滚刀的磨损量,根据磨损量预测模型计算磨损系数,得到了砂卵石地层刀具的磨蚀规律|最后跟现场实测结果进行对比分析,试验结果与实测结果相吻合,通过室内试验测得的磨损系数,将其应用到现场实测中,推测出最长掘进距离,能够做到较为准确预测刀具磨损严重时盾构机掘进的距离,不需开舱检查即可判断滚刀磨损轻重,节约了施工时间。研究成果可为砂卵石地层盾构掘进提供一定的借鉴和指导作用。     

全断面隧道掘进机盘形滚刀磨损预测

针对某引水工程高埋深、高磨蚀地层中盘形滚刀磨损问题,提出一种预测盘形滚刀磨损量的方法。采用多元非线性回归方法对施工参数进行曲线拟合,建立盘形滚刀磨损预测模型,通过该模型输入掘进参数和掘进距离来预测盘形滚刀的磨损量,通过残差分析与统计检验来验证磨损预测模型,得出预测模型是正确的。研究结论表明,在高埋深、高磨蚀地层中应用多元非线性回归方法进行磨损模型建立可以较好地预测盘形滚刀磨损,为同类地质条件下盘形滚刀磨损预测及更换提供很好的指导。     

盾构刀具布置对滚刀破岩效能影响

针对硬岩地层滚刀磨损严重的问题,采用数据回归的方法,以某工程硬岩段盾构滚刀磨损数据和刀盘布置参数为对象,分析在地质类同、滚刀磨损量相同的条件下,不同滚刀破岩量变化趋势,深入研究滚刀安装半径及刀间距对滚刀破岩效能的影响,根据分析结果为类似地层盾构合理刀盘设计提供参考。     

盘型滚刀磨损机理研究与仿真

滚刀的磨损严重影响施工效率与施工成本,二次磨损的频繁发生加速了滚刀的磨损,减少磨损成为滚刀研究的重要课题。分析了一次磨损的磨损机理基础上,对实际工况进行合理简化,通过理论计算得出岩石处于极限抗压强度状态下的应力情况,同时对19寸滚刀的二次磨损进行了研究,并利用ANSYS有限元仿真,分析滚刀在发生二次磨损时,冲击载荷下的动态响应,得出所受冲击载荷随滚刀贯入度增大而增大,冲击载荷引起滚刀的微小裂纹,振动将影响刀圈与滚动轴承的寿命。研究结果对于滚刀的设计具有参考价值,同时对提高滚刀的寿命具有重要的意义。     

线性和旋转切割方式滚刀破岩试验对比研究

隧道掘进机(TBM)的施工中破岩效率直接影响了工程的进度、造价。室内试验可以较真实地模拟滚刀破岩的过程,优化TBM设计参数。由于试验设备的限制,此前室内试验均为线性切割,与实际施工的旋转滚刀旋转破岩有一定差异。基于北京工业大学自主研制的机械破岩试验平台,采用19in(483mm)常截面盘形滚刀,以80mm刀间距、0.5mm贯入度为间隔,分别对某引水工程花岗岩进行线性切割和旋转切割破岩试验。对比分析了两种切割方式对滚刀力、比能的影响,发现两种切割方式下法向力、滚动力和比能变化趋势大体相同,只有侧向力存在明显差异。     

上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。     

复合地层中盾构机滚刀寿命预测研究

刀具磨损严重制约盾构施工效率,为了准确预测滚刀的磨损量和寿命,根据磨粒磨损机理,建立了正面滚刀的磨损速率、线磨损速率和滚刀寿命预测模型;通过深圳地铁7号线某区间正面滚刀磨损数据进行验证。结果表明,滚刀磨损预测模型准确率较高,所建立的预测模型也能够较准确地反应滚刀的实际磨损;所建立的滚刀寿命预测模型可用于预测不同安装半径滚刀的最大掘进距离,可为换刀提供理论依据;并且给出了滚刀寿命与滚刀安装半径、滚刀线磨损速率、贯入度的定量关系;但该模型仅适用于正面滚刀的正常磨损预测,对于中心刀还需考虑偏磨,边缘滚刀还需考虑二次磨损。     

高磨蚀地层TBM滚刀现场试验研究

为了解决高磨蚀地层TBM滚刀选用困难的问题,以引汉济渭岭南TBM工程为依托,通过引汉济渭岭南TBM段前2km不同刀位滚刀累计磨损量的统计,确定了滚刀试验区域刀位磨损系数,提出了考虑滚刀刀位系数的综合磨损速率,用于滚刀耐磨性的评价。通过滚刀现场批量磨损试验和交叉对比试验,对国内外10个厂家11种滚刀的耐磨性进行了对比,研究结果可为高磨蚀地层TBM滚刀的选取提供参考。     

基于耦合FDM-DEM方法的TBM滚刀最优化研究

为确定TBM盘型滚刀的最优布置,结合有限差分法(FDM)和离散元法(DEM)的优点,采用FDM-DEM耦合的数值模拟方法,对不同刀间距和贯入度条件下TBM双滚刀破岩过程进行三维动态仿真模拟,分析研究了不同滚刀配置对岩石破碎效果的影响。为了验证所提出方法的可行性和准确性,利用线性切割机(LCM)对科罗拉多红色花岗岩进行了切割试验,通过对比分析线性切割试验数据,验证了所提出方法的可行性。数值模拟结果表明：对于科罗拉多红色花岗,滚刀法向力和切向力会随着刀间距和贯入度比值的增加先减少后增大,当刀间距和贯入度的比值为20左右,滚刀法向力和切向力最小。线性切割试验和数值模拟结果均表明,当间距和贯入度的比值在17～20左右,岩石切割的比能量最低,此时TBM切割效率最高。文章提出方法的方法可以为TBM滚刀刀头配置提供重要依据。     

盾构滚刀载荷实时监测技术研究及应用

为实时监测滚刀载荷，及时发现异常损坏滚刀并指导工作人员更换，避免滚刀更换不及时造成的经济损失，本文通过C型块受力仿真分析与试验，证明了基于C型块滚刀受力监测方案的可行性。将C型块特制为滚刀载荷传感器，通过受力分析和实验室标定测试，确定了C型块传感器受力与滚刀受力对应关系，并针对实际工程设计了滚刀载荷监测系统，包括C型块传感器、数据采集传输模块、线缆防护装置、可视化软件等。重点介绍了盾构滚刀载荷实时监测系统的工业性搭载应用，上位机显示滚刀的实时载荷数据，并结合刀盘刀具及掘进参数绘制滚刀载荷动态分布图，实现了刀具异常状态诊断和基于载荷特征的掌子面地质评估。     

砂卵石地层对盾构滚刀耐磨性影响试验研究

由于卵石土层中卵石强度高、粒径大、分选性差,盾构掘进过程中滚刀发生异常磨损、过量磨损、滚刀破坏等问题.为了提高盾构掘进效率,降低换刀频率,依托成都都四项目都江堰站-永丰站-蒲阳站区间隧道工程,开展了不同类型滚刀的耐磨性试验,得到滚刀累计磨损质量、磨损直径随滚压行程和贯入度的定量关系,以及滚刀磨损的标贯情况.结论如下:滚...     

青岛地铁盾构滚刀磨损多目标优化

针对青岛地铁盾构施工中遇到的滚刀磨损问题,根据遗传算法建立了以刀间距、贯入度、刀刃宽度及刀盘转速为约束条件,以滚刀破岩比能最小、掘进距离最大及掘进速度最快为多目标函数的优化模型。利用MATLAB对多目标函数进行了编程求解,计算出了减少滚刀磨损的最优掘进参数和刀具结构参数,并提出了针对性优化措施,可为青岛地铁后续盾构施工提供一定的借鉴参考。     

SJ-55岩巷掘进机正滚刀受力电测报告

在SJ-55岩巷掘进机的44把刀具中,有33把是正滚刀,为了解决目前刀具损坏和磨损问题,并在今后设计高效率的掘进机时,选择合理的刀具参数、结构和刀具布置,弄清正滚刀的受力状况是非常必要的。本文介绍1972年12月第一次对32~#正滚刀进行电测工作的情况和     

砂质泥岩TBM滚刀非正常磨损分析及预防

介绍了盘形滚刀的基本情况及区间地质情况对刀具的磨损影响,全面总结了滚刀的失效形式以及原因,其以正常磨损为主,兼有偏磨、漏油、刀圈断裂、挡圈脱落等非正常磨损,结合重庆盾构项目的施工经验,重点研究了该项目试掘进期间滚刀大量异常磨损原因。根据TBM施工现场数据来研究刀具的消耗问题,定性分析了刀具磨损与刀具自身因素、地质因素、掘进参数等方面的关系。     

基于破岩弧长的全断面掘进机滚刀磨损的研究

针对全断面掘进机滚刀的破岩弧长对其磨损进行了研究。推导了滚刀破岩弧长公式,并在此基础上研究了刀具安装半径、切深、滚刀直径以及刀间距等参数对滚刀磨损的影响,为滚刀的布置及相关施工参数的优化提供了参考。     

复合地层中盾构滚刀磨损实用预测方法及应用

盾构机在复合地层掘进过程中常因刀具磨损量过大而产生掘进工效降低和刀具失效等问题。依托深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀磨损数据,根据Rabinowicz磨粒磨损计算模型提出了一种滚刀磨损量实用预测方法。该方法结合滑移率计算公式和刀盘扭矩、刀盘推力得到滚刀滑动距离,通过科罗拉多矿业学院模型(CSM模型)、岩石强度参数和滚刀贯入深度确定接触面法向荷载,根据滚刀设计参数确定其材料强度。通过确定影响滚刀磨损量的三个主要因素(滑动距离、接触面法向荷载和材料强度),推导出了考虑盾构滚刀磨损体积计算公式,并采用深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀实测磨损量与磨损量预测值进行对比验证。结果表明:实测磨损量与预测较为吻合,验证了所提出的滚刀磨损量预测方法的合理性,研究成果可为复合地层中盾构滚刀磨损量预测和换刀时机的确定提供理论依据。     

基于摩擦理论的滚刀磨损预测模型研究

盾构机在施工过程中常因刀具磨损过大导致刀具失效及刀箱变形等问题,经常需要进仓检查刀具磨损量,耗费时间长且掘进效率低。为得到磨损量预测公式,文中以CSM剪切模型为基础,建立盘形滚刀磨损量与磨损耗能的数值关系,提出滚刀磨损量的理论计算模型,并利用线性拟合寻找相关参数数值关系,对模型进行了简化处理。研究结果可为工程实践中刀具磨损量的预测提供理论依据。     

基于密实核理论的TBM盘形滚刀磨损预测模型研究

CCS(Constant Cross Section)盘形滚刀磨损是影响硬岩隧道掘进工作效率和成本预算的关键问题。根据CCS型滚刀的工作特点和岩石切割破碎原理,分析研究滚刀破碎岩石的复杂应力状态,建立了考虑密实核效应的滚刀破岩机理。通过推导密实核长度的理论解析式,获得了基于塑性去除磨粒磨损机制的滚刀磨损量与法向荷载之间的数学关系式,进而提出了滚刀磨损速率及切削寿命预测模型。基于此,分析计算了深圳地铁12号线某区间共757环的正面滚刀实测磨损数据,发现预测值与实测值的相对差异率值均小于10%,验证了预测模型的有效性。此外,通过与现有滚刀磨损预测模型对比分析,结果表明本文提出的预测模型计算结果更接近于现场实测值,说明了滚刀磨损速率和切削寿命指标可作为评价滚刀磨损特性的可靠指标,为TBM工程现场刀具更换方案设计提供更为合理可行的理论依据。     

盾构盘形滚刀不同刀间距下破岩仿真研究

在考虑滚刀实际几何形状、滚刀与岩石的非线性材料特性基础上,建立了盾构机滚刀挤压破岩有限元三维模型,求解中对模型的特性参数、边界条件及时间步长等进行设置,以适用盾构机滚刀与岩石相互作用过程中的动态仿真或瞬态破岩,并对仿真结果进行对比分析。并得到双刃滚刀在破岩相互作用中刀具受力和岩石破碎规律,为以后盾构刀具在刀盘上优化配置提供了参考。