全断面岩石掘进机盘形滚刀径向破岩力预测

本文以全断面岩石掘进机现场实测数据为基础，经分析，综合，假设论证，导出了掘进机盘形滚刀所受径向破岩力的预测公式，这些公式的计算结果与多次现场实测结果相吻合，可作为设计和确定全断面岩石掘进机刀具，轴承，刀盘以及整机强度和寿命的依据。     

盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析（一）

全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩理论是全断面岩石掘进机研制及其施工工程工期预测等的理论基础。通过对国内外学者对盘形滚刀破岩理论研究成果的分析,总结建立这些成果所依据的模型特点和分析方法,据此将这些模型分为经验模型、一维模型、二维模型和三维模型进行论述,国内外学者对一维模型的研究较深入,成果也较多;对二维模型的研究次之,但也产生了相对成熟和实用的结论;对三维模型的研究则较少,尚未建立成熟和实用的结论。     

掘进机刀盘滚刀间距对北山花岗岩破岩效率的影响实验研究

掘进机(TBM)开挖隧道过程中,其刀盘上滚刀间距设计的合适与否关系着破岩效率的高低。由于岩石非均匀、非连续、各项异性的特性,使用数值模拟方法研究滚刀破岩过程存在局限性。现场掘进实验主要是针对特定的掘进机做出机械运行参数优化,无法研究不同刀间距对破岩的影响。全尺寸滚刀破岩实验可以人为调整刀间距,且实验中采用大体积岩石可以避免尺寸效应的影响,因此受到了广泛的关注。采用北京工业大学自制的机械破岩试验平台,安装17英寸(432 mm)盘形滚刀,选取尺寸为1000 mm×1000 mm×600 mm的北山完整花岗岩试样,进行了5组刀间距的线性切割试验。实验中采集滚刀三向力,分层收集岩片且对其进行称重。对不同刀间距作用下的平均法向力、平均滚动力和比能进行了分析研究。当贯入度较小时,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响都不明显,随着贯入度的增加,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响增加。对于所有的刀间距而言,增加贯入度会产生更多的岩片,但并不一定会提高破岩效率,对于北山花岗岩而言,当刀间距与贯入度的比值为30左右时,比能值最低,此时破岩效率最高。     

掘进机盘形滚刀破岩工作模拟及分析

用ＢＡＳＩＣ语言编程,模拟了全断面岩石掘进机盘形滚刀的破岩过程,计算了盘形滚刀刃上一点在三维空间,各个方向上的位移变化量及其在不同转角,不同刀间距情况下侧滑量的变化趋势,并绘 盘刀破岩过程中此点的轨迹变化投影图,为进一步分析研究盘形刀的破岩机理提供参考。     

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...     

球面刀盘上盘形滚刀破岩曲线的确定及应用

通过对全断面岩石掘进机球面刀盘上盘形滚刀破岩工作点的运动分析,建立了盘形滚刀破岩工作点的轨迹曲线,并对其侧滑、轨迹弧长和破岩工作时的速度进行了探讨,以期有利于我国全断面岩石掘进机研究的深入。     

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。     

盘形滚刀推力试验研究

盘形滚刀推力是掘进机设计中的重要参数,直接影响着掘进机的结构设计和使用性能.研究《小松技报》理论模型、科罗拉多矿业学院理论模型和东北工学院(现名东北大学)岩石破碎研究室理论模型,利用滚刀岩机作用综合实验台开展岩石滚压试验获取位移时间曲线和推力时间曲线,将试验数据与理论分析的结果进行对比验证,发现东北工学院岩石破碎研究室理论模型的计算结果与试验结果较吻合,可作为类似工程地质掘进机的设计选型的理论参考.     

全断面岩石掘进机盘形滚刀前倾安装与传统安装破岩能耗对比分析

为提高全断面岩石掘进机施工过程中的能量利用率,提出盘形滚刀前倾安装概念.在设定条件下,通过建立的传统(正)安装盘形滚刀和前倾安装盘形滚刀破岩过程中的摩擦力矩理论式对盘形滚刀的两种安装方式进行比较研究.理论计算显示,在6～10 mm贯入度条件下,采用前倾安装的432 mm(17 in)、483 mm(19 in)和533 mm(21 in)盘形滚刀在滚压破岩过程中的能量利用率较高且提高量基本相同;而贯入度在10～12 mm范围时,前倾安装的483 mm(19 in)盘形滚刀较传统安装的同规格盘形滚刀在破岩过程中的能量利用率提高量约为10％;而前倾安装的533 mm(21 in)盘形滚刀较传统安装的同规格盘形滚刀破岩过程中的能量利用率提高量在10～12 mm贯入度范围却降低了约46％.     

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。     

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。     

单刃盘形滚刀设计研究

通过对几种全断面掘进机（TBM）单刃滚刀刀具运行机理及其主要结构参数对应关系的分析探讨,为相应类别刀具维修、问题刀具鉴定、刀具国产化结构参数设定关系提供依据,对类似刀具的相关方面亦有借鉴意义。     

隧道掘进机盘形滚刀的工作原理分析

基于文献分析和工程实践，论述了隧道掘进机盘形滚刀的受力特征和破岩机理，在此基础上分析了布刀方式、刀间距的确定原则及方法，最后给出了刀盘转矩的简化计算方法，并以算例进行了说明。     

隧道掘进机盘形滚刀的工作原理分析

基于文献分析和工程实践,论述了隧道掘进机盘形滚刀的受力特征和破岩机理,在此基础上分析了布刀方式、刀间距的确定原则及方法,最后给出了刀盘转矩的简化计算方法,并以算例进行了说明.     

综合管廊舱燃气泄漏集聚模型实验与数值模拟研究

为研究综合管廊内燃气泄漏时燃气在防火门附近和管廊夹层的集聚,用氖气代替燃气在模型实验台进行实验研究,并用数值模拟验证氖气代替燃气的可行性,提出在管廊防火墙最高处增设防火风口和在管廊夹层敷设诱导风机的建议,并模拟该方法下燃气集聚的改善效果。结果表明：泄漏口位于防火门上游侧时,靠近防火门上游和下游上部均出现燃气集聚现象;泄漏口直径的增大加剧燃气的集聚;燃气管道压力越大,燃气泄漏浓度和扩散波动程度越高;在管廊夹层死角处也会形成燃气集聚;防火门上方加设防火风口和管廊夹层内敷设诱导风机能有效改善防火门附近和夹层的燃气集聚情况。     

土压平衡盾构主机装配工艺程序分析

以Ф6．28m土压平衡盾构为研究对象,分析主机部分装配工艺程序中存在的问题,并根据工业工程技术中的“ECRS”四大原则对主机部分装配工艺流程重新加以编排,降低了主机部分装配的难度,提高了工作效率,避免了安全隐患。     

盾构在圆砾层掘进的刀盘及主驱动设计

南宁地铁1号线清一动区间主要以密实的圆砾地层为主，盾构在该地层中掘进需要对刀盘、主驱动等进行必要的特殊设计，以达到盾构顺利开挖、减少开仓次数和有效控制地面沉降的目的。本文主要介绍清一动区间盾构刀盘及主驱动的设计。     

盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析

为快速进行盾构刀盘有限元分析,建立了典型刀盘有限元模型建模系统,利用该系统实现了盾构刀盘自动建模和有限元分析,并进行了掘进过程的有限元仿真,得到了刀盘与掘进界面耦合作用下的动态强度、刚度,为刀盘的优化设计提供参考依据。     

评价岩石脆性指标对滚刀破岩效率的影响

 脆性是岩石重要的力学性质之一。岩石脆性与滚刀破岩效率密切相关,但目前还没有统一的用于评价滚刀破岩效率的岩石脆性指标。总结现有的35种脆性指标,将其分为基于强度、应变、应变能、硬度、莫尔包络线、特殊试验和其他等7种类型。为研究岩石脆性与滚刀破岩效率之间的关系,通过滚刀贯入试验,引入归一化比能概念,提出表征岩石脆性的新指标,重点研究基于强度和贯入试验的脆性指标与归一化比能之间的关系。试验结果表明：(1) 滚刀更难贯入高强度岩石;(2) 脆性指标B2和B4与归一化比能之间呈强烈的指数函数关系,随着脆性的增高,归一化比能降低,滚刀破岩效率增高,应优先选用脆性指标B2来评价滚刀破岩效率,其次是脆性指标B4;(3) 将单轴抗压强度约20 MPa定义为单轴抗压强度过渡值,滚刀不适宜切削单轴抗压强度小于20 MPa的软岩。试验结果对评价滚刀破岩效率时岩石脆性指标的选取具有一定的指导意义。