硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题,结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例,采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量,构建正面滚刀磨损预测模型,分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征,得出以下结论:(1)在800 m的掘进距离内,平均每个刀位换刀3.18次,随着滚刀安装半径增加,单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低,其累计磨损量呈幂指数增加;(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长,且拟合相关系数较高,表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用;(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素,可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测,此外,验证了滚刀磨损预测模型的准确性,预测值与实测值误差不超过13%。

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。