山城岩质地层条件下复合式TBM刀盘边缘滚刀安装倾角研究

摘要：

边缘滚刀安装在全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘的最外侧,由于存在安装倾角,其破岩力学行为和布置规律也更为复杂.基于颗粒离散单元法,以重庆地铁建设中遇到的典型砂岩为研究对象,引入颗粒间平行黏结接触关系,通过数值试验标定其颗粒流微观参数.建立3把边缘滚刀旋转切岩颗粒流模型,分析不同安装倾角下最内和最外侧边缘滚刀的受力特征,结合相邻滚刀间裂纹扩展情况,提出复合式TBM最内和最外侧边缘滚刀安装倾角最优范围.研究结果表明:边缘滚刀所受滚动力受安装倾角的影响较小,垂直力受安装倾角的影响较大,侧向力受安装倾角的影响最明显.最内侧边缘滚刀安装倾角过大会削弱其与相邻滚刀协同破岩作用,不利于提高破岩效率.滚刀受力和岩石裂纹贯通与否共同控制最内侧边缘滚刀倾角设计,建议重庆岩质地层复合式TBM最内侧边缘滚刀安装倾角设置为9°左右.滚刀受力主要控制最外侧边缘滚刀倾角设计,为提高滚刀受力稳定性和使用寿命,建议最外侧边缘滚刀安装倾角不超过70°.研究成果可为岩质地层条件下城市地铁复合式TBM的布刀优化设计提供参考.

关键词：边缘滚刀、安装倾角、TBM刀盘、颗粒流

所属期刊栏目：19

分类号：U25(铁路隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-07-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1774-1785