全断面隧道掘进机滚刀破岩尺寸效应离散元分析

为了给室内模型试验或数值模拟试验提供直接的指导及实际工程间接的参考,将基于微观胶结试验得到的合理的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟了不同试样尺寸滚刀破岩过程并分析了各因素对滚刀破岩过程的影响.结果表明,不同试样尺寸滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系均可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;室内模型试验中,滚刀刃宽与岩石试样宽度的比值(相对比值)存在一个临界值,当试验中选取的相对比值小于该临界值时,可以减小试验过程中的边界效应.

全断面隧道掘进机滚刀预切槽破岩数值模拟

针对现有全断面隧道掘进机(TBM)滚刀破岩研究对预切槽破岩的破坏原理阐释不深、切槽影响规律揭示不明的问题,构建了基于泰森多边形算法的等效晶质岩石材料的颗粒簇离散元模型,分析了不同预切槽辅助下滚刀贯入岩石的密实核演化、裂纹扩展和成碴破坏等过程,并进行小型刀具静压破岩试验验证了数值模型的可靠性。进行数值模拟,研究了切槽角度、位置、间距等结构参数对裂纹分布、破岩载荷和贯入比能的影响规律。仿真结果表明:基于预切槽弱化围岩和密实核传力双重机制的错缝预切槽破岩方法可极大提高硬岩破碎效率,“窄直切槽、错缝切削、滚刀中置”是最优的切槽结构及排布模式,建议预切槽开口角度为0°、滚刀贯入点和预切槽交错布置且滚刀位于相邻预切槽正中、预切槽最优间距为80 mm。该研究为TBM滚刀破岩机理研究提供了有效手段,为探究辅助滚刀破岩的预切槽合理结构提供了理论依据。

基于磨粒磨损机理的全断面隧道掘进机滚刀寿命预测

刀具磨损对全断面隧道掘进机(TBM)施工效率产生了极大的负面影响,为了准确预测滚刀的寿命,以磨粒磨损机理为基础建立了可以预测TBM滚刀(正面滚刀)寿命的数学模型,即TBM正面滚刀寿命预测模型。通过深圳地铁6号线民乐停车场出入线区间正面滚刀磨损现场监测数据对模型进行了验证。得到结论:以磨粒磨损机理为基础建立的滚刀磨损预测模型准确率较高,可以准确反映滚刀磨损的实际情况;该模型可以有效预测TBM滚刀在不同安装半径下的最大掘进距离,为换刀过程提供了理论支持;建立了安装半径、线磨损速率以及贯入度与TBM滚刀寿命之间的函数关系,以定量的形式表示出滚刀寿命与前三者之间的关系,但该模型只可以预测正常磨损状态下正面滚刀的寿命,对于核心滚刀和边缘滚刀还需分别考虑偏磨和二次磨损的影响。

全断面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析

为了有效控制和降低全断面岩石隧道掘进机施工时滚刀的磨损,较准确地预测滚刀的磨损量,通过室内实验和现场实验从地质影响因素和机械影响因素2个方面对滚刀磨损问题进行了分析。通过水泥试样实验,得出等效石英含量EQC和单轴抗压强度UCS单独对岩石磨蚀性的影响规律;通过现场岩样实验,得出两者共同对岩石磨蚀性的影响规律。通过对比进口与国产TBM的刀盘刀具布置,得出滚刀破岩面积对磨损速率的影响规律;通过统计现场掘进参数与刀具磨损数据,得出场切深指数FPI对滚刀平均磨损速率的影响规律。研究结果表明:岩石对滚刀磨损的地质影响是岩石等效石英含量和单轴抗压强度共同作用的结果;破岩面积是刀盘刀具设计参数对滚刀磨损的敏感指标;场切深指数是设备掘进参数对滚刀磨损的敏感指标。

全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩模拟

目的通过破岩模拟优化盘型滚刀刀圈,改善滚刀的设计,减少滚刀失效,提高滚刀使用寿命.方法根据岩石Drucker-Prager塑性准则和岩石力学特性,利用ABAQUS有限元软件模拟了破岩过程中盘型滚刀和岩石的受力和变形,分析了不同压入深度对受力和变形的影响.结果研究结果显示,当盘型滚刀的压入深度为0.76 mm时,岩石和滚刀接触出现破碎;随着滚刀压入深度的增加,对应岩石破碎区的应力区和变形区增大,但应力区的增大更显著.结论研究结果对理解TBM的破岩机理和盘型滚刀的结构优化具有一定的参考价值,同时为今后进一步使用有限元软件模拟滚刀破岩的研究打下了基础.

基于实例推理的全断面岩石隧道掘进机刀盘主参数设计方法

刀盘主参数设计是全断面岩石隧道掘进机的关键问题,是影响其掘进性能的决定性因素。刀盘破岩机理复杂,刀盘须针对围岩属性进行适应性设计,充分利用先前刀盘设计实例中积累的成功经验和数据至关重要。提出基于实例推理的刀盘主参数设计方法。给出刀盘设计实例的表示方法;根据实例属性特点,给出各种属性的局部相似度计算方法;针对取值为区间数的实例属性,提出一种基于属性值概率分布的区间相似度计算方法;运用组合修改实例的方法获得新刀盘的主参数设计方案。经工程应用实例设计表明,该方法设计结果较好。

全断面隧道掘进机刀具异常磨损的识别分析

针对全断面隧道掘进机(TBM)施工过程中刀具过度磨损或异常磨损的识别问题,在分析TBM掘进效率影响因素和进行掘进状况无监督模式识别的基础上,利用现场掘进数据,得到场切深指数fFPI和切割系数C在不同掘进状况下的相互影响规律,据此提出以两者作为TBM刀具异常磨损的二维特征识别参量,确定了此空间中的刀具异常磨损决策阈值。TBM刀具磨损的预测和异常磨损识别方法的确定,对于保障TBM的安全掘进以及提高其利用率和经济性具有重要意义。

全断面岩石掘进机盘形滚刀刃破岩点弧长的解析解及应用研究

我国秦岭隧道出口TBM施工工程实践表明,TBM刀具的检查、更换和刀盘维修时间约占施工时间的1/3,TBM刀具费用约占工程建设费用的1/3,其中刀刃磨损数量约占刀具消耗量的80%,因此,进行全断面岩石掘进机平面刀盘上刀具磨损研究具有非常重要的意义.文中在分析TBM刀具位移的基础上,给出了其刀盘上盘形滚刀破岩点弧长的解析表达式、弧长磨损系数的概念及计算方法,并用弧长磨损系数预测了秦岭隧道出口TBM掘进5621m的刀具磨损量并与实际磨损量进行了对比分析.从而为盘形滚刀在刀盘上的布置规律、盘形滚刀的理论研究、设计制造和正确使用,减小盘形滚刀磨损量,提高盘形滚刀寿命,提出了有价值的参考.

全断面竖井掘进机锥形刀盘破岩机理研究

刀盘刀具系统作为全断面竖井掘进机的关键组成部分,不同刀盘锥度及刀间距对滚刀破岩起决定性的作用。运用ABAQUS软件建立滚刀动态破岩模型,分析不同刀盘锥度和不同刀间距对滚刀破岩的影响,并获取了滚刀在破岩过程中的受力情况及破岩效率。结果表明:滚刀破岩效率随着刀盘锥度的增大而减小,滚刀破岩效率随着滚刀安装半径的增大而减小,综合滚刀受力、破岩效率和实际工况,得到刀盘锥度为120°、滚刀刀间距为40 mm时,滚刀破岩效率最高。为竖井掘进机锥形刀盘设计提供了理论依据,有效提高了竖井掘进机破岩效率和整机研制水平。

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。

全断面岩石掘进机滚刀间距优化研究

为了获得全断面岩石掘进机滚刀的最佳切割参数,提高破岩效率,基于岩石断裂力学理论,分析了滚刀的破岩机理,建立了岩石的损伤本构模型,采用三维数值模拟方法对破岩过程进行了仿真分析.采用推力和滚动力共同作用的破碎机制,研究了最优刀间距的确定方法,给出了不同岩石模型的最优切割参数,最后采用线性切割实验方法对仿真结果进行了验证.结果表明,该数值模拟方法不仅能够反映滚刀的破岩机理,而且可以确定滚刀的最优切割参数,并对全断面岩石掘进机进行性能评价.

基于ADAMS的全断面竖井掘进机锥形刀盘载荷特性

全断面竖井掘进机锥形刀盘在竖井施工中具有导向性好、姿态调整方便等优点,滚刀作为竖井掘进机施工中最直接的破岩工具,获取其载荷分布规律对于竖井掘进机的刀盘刀具系统的合理设计和掘进过程中装备姿态的调整具有重要意义。基于ADAMS建立了全断面竖井掘进机锥形刀盘与岩体耦合模型,合理施加约束条件对正常掘进工况进行仿真,获取了竖井掘进机锥形刀盘刀具的载荷分布规律。结果表明:由于安装方式的不同,正滚刀所受到的侧向力和滚动力均大于中心滚刀,对正滚刀刀座与辐条之间的连接强度提出了更高要求;随着正滚刀在刀盘上安装半径的增大,其受到的垂直力也增大。中心滚刀所受到合力载荷稳定性较正滚刀明显较好,波动更小;随着滚刀在刀盘上安装半径的增加,滚刀所受到的合力载荷大小波动更大,载荷稳定性也更差。

全断面岩石掘进机平面刀盘上盘形滚刀磨损研究

我国秦岭隧道出口TBM施工工程实践表明,TBM刀具的检查、更换和刀盘维修时间约占施工时间的三分之一,其刀具费用约占工程建设费用的三分之一,其中刀刃磨损数量约占刀具消耗量的80%,因此,进行全断面岩石掘进机平面刀盘上刀具磨损研究具有非常重要的意义。文章在分析TBM刀具位移的基础上,提出了刀具的侧滑磨损系数、侵深磨损系数和滚动磨损系数及其计算方法,探讨了三方向位移对刀具磨损的影响,建立了TBM刀盘上正刀和过渡滚刀破岩刃上破岩点弧长的计算公式,并将破岩刃破岩点弧长与刀具磨损量进行了对比分析。

基于AUTODYN-3D的全断面岩石掘进机盘形滚刀间距优化研究

数值模拟法不仅成本较低,而且能够较为精确地对破岩过程进行仿真。以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了全断面岩石掘进机滚刀的破岩机理,采用三维数值模型AUTODYN-3D来模拟岩石破碎的过程,测试中采用了由推力和滚动力共同作用下的破碎机理,这与实际隧道掘进机滚刀的工作条件十分接近。对模型使用了不同的边界条件,针对花岗岩模型,精确地对滚刀破岩过程进行了模拟,并且以花岗岩为例探讨了盘形滚刀间距优化问题。结果表明,该数值模拟方法不仅有助于更好地理解滚刀的破岩机理,而且对确定盘形滚刀最优切割条件和实验测试提供了理论基础。

全断面隧道掘进机主轴承受力分析及不拆解状况下的检测方法

文章主要分析了全断面隧道掘进机主轴承三列滚子的结构形式及不同工况下受力状况。并通过计算分析,阐明了全断面TBM主轴承三列滚子的磨损情况与主轴承寿命的相互关系。为隧道工程项目提出了一套具有参考价值的主轴承定期磨损检测方案。

全断面隧道掘进机刀圈材料及加工工艺

文章简要地介绍了隧道掘进机(TBM)的关键部位—碟形刀圈材料的选用,组成成份以及加工过程中的淬火—回火工艺。

隧道掘进机滚刀对岩石破碎的影响研究

随着隧道掘进技术的逐步发展,盾构法已经逐步取代爆破法成为隧道掘进作业的主流技术。首先分析了岩石表面破碎的4个过程。然后,通过多功能振动接触试验机建立滚刀破岩石的试验环境,研究了滚刀刃角、刃宽和刃形的变化对破岩效果方面的影响。综合不同滚刀在粗糙度指数和比能耗方面的试验结果认为:在刃角方面,0°刃角的滚刀更适合于硬岩掘进;在刃宽方面,刃宽越大,破岩效果相对越好;在刃形方面,平头刀有着较好的破岩效果,但弧形刀的能耗更低。

全断面隧道掘进机在城轨项目中适用性及施工进度影响因素探讨

为了研究全断面隧道掘进机在城轨项目的适用性,通过查阅相关资料、调研相关案例,分析了全断面隧道掘进机应用于城市轨道交通中的优势和劣势,并分析始发、掘进、过站3方面因素对施工进度的影响。

全断面掘进机(TBM)在超特长隧道施工中的应用研究及发展

文章深入探讨了全断面掘进机(TBM)在超特长隧道施工中的应用,并对其未来发展趋势进行了评估。文章指出,TBM技术作为隧道施工的关键技术,以其高效、安全和环保的特点被广泛认可。文中分析了TBM在超特长隧道施工中的具体应用,特别是在面对复杂地质条件、提高施工效率和保障工程安全方面的优势。同时,预测了TBM技术未来的发展方向,包括技术创新、环境可持续性和智能化管理,为超特长隧道建设提供了参考。