TBM刀盘支撑筋结构设计及静动态特性分析

全断面岩石掘进机(TBM)刀盘支撑筋兼具溜碴与支撑的作用,设计了一种L形的刀盘支撑筋结构,建立了基于出碴性能的刀盘支撑筋结构理论计算模型。该模型根据具体复杂围岩边界条件和掘进控制参数来确定刀盘支撑筋的主要结构参数。以某型号TBM刀盘溜碴板处支撑筋设计问题为例,将改进的刀盘模型与传统刀盘结构进行对比,分析了刀盘的静、动态特性。结果表明:改进后的刀盘结构可以有效地降低刀盘盘面最大应力、变形和振动,改善振动特性,其中刀盘盘面总变形减小了3.23%,应力降低了3.5%,刀盘整体振动减小了12.35%。

NSVR硬岩隧道掘进机刀盘扭矩预测分析

为了避免硬岩隧道掘进机(TBM)刀盘受困,提出TBM刀盘扭矩的非线性支持向量回归(NSVR)预测模型来指导TBM掘进施工.结合吉林引松供水工程现场掘进大量数据,研究TBM刀盘扭矩与掘进参数间的相关关系,得到刀盘扭矩与围岩类别、刀盘转速和推进速度具有明显相关关系:随着围岩强度由强到弱,推进速度对刀盘扭矩的影响逐渐变弱,刀盘转速对刀盘扭矩的影响逐渐变强.基于这种相关关系,建立刀盘扭矩NSVR预测模型,并将该模型应用于吉林引松隧道工程,对按1∶1划分的19 854个训练样本和19 854个测试样本的刀盘扭矩进行预测.预测结果表明:训练样本集和测试样本集的平均相对预测误差分别为11.3%和12.9%,测试样本集中相对预测误差高于60%的有516个测试样本,占测试样本集总数的2.6%.各项数据表明,在给定刀盘转速、推进速度和围岩类别条件下,建立的刀盘扭矩NSVR预测模型具有较高的预测精度.

基于ANSYS Workbench的TBM机头架有限元分析

机头架是TBM(硬岩隧道掘进机)掘进时的主要受力部件之一。介绍了其工作原理,分析并计算了机头架在掘进时的受力。在ANSYS Workbench中对机头架进行了结构静力学有限元仿真,分析了其应力及变形情况。通过对机头架受力分析的研究,为后续的结构优化设计、焊接制造工艺和加工工艺的制定提供参考。

大直径盾构刀盘受力不均分析及对策研究

为解决大直径盾构刀盘受力不均问题,分析软硬不均地层刀盘受力模型,提出大直径盾构刀盘设计改进方案。采用增加辅助支撑轮的方法,使大直径盾构刀盘由悬臂状态改为简支状态。通过有限元模拟分析对比改进前后的刀盘受力情况,刀盘增加辅助支撑轮后受力效果得到明显改善。

TBM机头架T形接头焊接温度场数值模拟

建立了TBM(全断面岩石掘进机)机头架关键部位T形接头焊接仿真有限元模型,利用ANSYS APDL单元生死技术,模拟了CO2保护焊焊缝材料逐步填充的过程,对Q345B厚钢板的T形接头多层多道焊的三维瞬态温度场进行了有限元分析,为焊接残余应力的预估以及焊接工艺规程的制定提供参考。

我国硬岩掘进机的创新与实践

近年来,在TBM装备研发、推广应用力度不断加大的背景下,我国TBM设计、制造及施工技术均有了大幅度的提升,但与国外相对成熟的技术相比,在核心技术掌握及应用水平上还有一定的差距。在分析国内外TBM研究与应用现状的基础上,针对大瑞铁路高黎贡山隧道所处地段存在的＂三高四活跃＂复杂地质条件,开展TBM设计方案研究工作：1）通过开展原型滚刀破岩及缩尺滚刀磨损试验,为TBM刀盘适应性设计及关键参数计算提供依据;2）从刀盘刀具高效破岩、TBM扩挖和集成式支护系统等方面对TBM设计方案进行论述;3）对搭载式HSP法、RTP岩体温度法2种超前地质预报技术进行研究。研究成果能够为复杂地质条件下高适应性TBM设计、制造及其在高黎贡山隧道工程中的应用奠定基础。

全断面岩石掘进机刀盘弯曲模型理论及应用

全断面岩石掘进机施工过程中的振动、盘形滚刀非正常损坏（如：崩刃、刀圈断裂等）等一直是领域学者研究的难题.根据全断面岩石掘进机刀盘结构及其载荷特点,论文给出了刀盘形变模型,据此,将刀盘分为轴承内域部分和轴承外域部分,并分别建立了其挠度方程;应用研究发现,当刀盘支撑半径为刀盘半径的0. 55～0. 65倍时,相当于刀盘轴承外域部分的刀具数量是轴承内域部分刀具数量的1. 367～2. 306倍时,刀盘变形较均匀,从而有效减缓由于刀盘变形不均匀产生的盘形滚刀受力恶化,进而引起全断面岩石掘进机作业过程中的振动增大和盘形滚刀的非正常失效.论文研究内容为全断面岩石掘进机作业过程中,刀盘振动大、盘形滚刀非正常失效等深层次力学问题的发现和最终解决提供了新思路.