全断面硬岩TBM刀盘结构设计研究

刀盘结构设计是影响其掘进性能的决定性因素。文章综述了刀盘结构设计的步骤,对包括刀盘外形选择、刀盘面板制造、刀具选择、刀间距设计、滚刀布置以及滚刀座、溜碴板结构设计等方面进行了较系统的分析和总结,指出了刀盘关键结构部件在进行设计时应遵循的一般原则以及未来发展方向。为刀盘的关键点设计和理论研究提供参考。

全断面岩石掘进机刀盘体结构的演化与发展

全断面岩石掘进机刀盘体结构复杂、作业环境恶劣,一直是领域研究的热点和难题,且目前在施工的全断面岩石掘进机刀盘体不时出现开焊、联接螺栓断裂等事故。基于此,我们系统研究了全断面岩石掘进机刀盘体结构的演化和发展,发现全断面岩石掘进机刀盘体经历了单板、双板和三板结构的演化,每一次演化对刀盘体的功能都是一次扩容,如增加强度、刚度或方便背后换刀及安全等。但每一次演化也萌生出了深层次理论问题,如变形的均匀性和协调性等。这样的研究,将为刀盘体结构设计理论的完善和发展提供借鉴。

全断面岩石掘进机刀间距研究方法的发展与分析

刀间距是全断面岩石掘进机 (TBM) 的主要参数,也是研究的热点和难题。通过对 TBM 盘形滚刀实际破岩作业过程分析,以及确定刀间距的盘形滚刀压痕试验、线性切槽试验和圆形滚压破碎岩石试验的分析,将确定 TBM 刀间距的试验研究,理论概况为刀间距的一维确定方法、二维确定方法和三维确定方法,并对其各自发展的历程和特点、试验成果等进行了综述,发现目前较普遍应用的是刀间距二维确定方法,而符合实际情况的刀间距三维确定方法尚处于探索研究阶段。此外,对学者研究的 Hwangdeung 花岗岩,采用 Drucker-Prage 岩石本构模型,在贯入度为 4 mm 和设定刀间距条件下进行软件模拟,盘形滚刀二维破碎岩石的平均切向力和比能都较其三维破碎岩石的平均切向力和比能要小,平均分别减小 17.73% 和 29.47%,从而揭示了盘形滚刀二维破岩和三维破岩机理的差异。所作总结和分析方法在该领域尚属首次,希望为研究 TBM 刀间距和关心 TBM 发展的学者提供有益参考。