不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响

摘要：

滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型,针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀,选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定 10 MPa围压;然后,开展滚刀破岩仿真,通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果,对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究;最后,通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明:滚刀刃形对其破岩性能影响显著,在本文所涉及参数范围内,对于多数岩石强度与围压组合,圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能,平均降低 19.8％;圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低 32.6％,表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少,而二者产生的岩石碎片总体积相差不大(平均差值 7％),则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述,两种常用滚刀刃形相比,在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀.

关键词：全断面隧道掘进机、滚刀刃形、比能、颗粒流离散元法、缩比滚刀破岩实验

所属期刊栏目：58

分类号：TH122

资助基金：国家自然科学基金;四川省科技重点研发项目

在线出版日期：2023-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：332-339