砂性地层盾构掘进撕裂刀磨损规律分析

目的:依托南京和燕路过江通道盾构隧道工程,针对砂性地层中撕裂刀磨损严重的问题开展研究,寻找适合砂性地层撕裂刀磨损量预测的方法。方法:实测砂性地层中盾构撕裂刀的磨损情况,分析不同换刀区间刀具磨损量;利用经验公式法对整个砂性地层撕裂刀磨损量进行拟合,利用实测磨耗量反推得到不同切削半径的撕裂刀磨耗系数;利用BP(反向传播)神经网络法对撕裂刀磨损量进行拟合;比较经验公式法和BP神经网络法适合的应用条件。结果及结论:粉细砂地层下全刀盘撕裂刀磨耗系数为1.48×10^(-3)mm/km;粉细砂-中粗砂地层下刀盘中心刀、正面刀和边缘刀区域撕裂刀的磨耗系数分别为7.84×10^(-3)mm/km、17.88×10-3 mm/km、28.64×10^(-3)mm/km;利用BP神经网络对砂性地层撕裂刀磨损规律进行拟合,效果较好,拟合优度大于0.95,误差率为20.7%。建议砂性地层中撕裂刀的磨损量预测使用经验公式法;其他地层中经验公式法预测效果较差时,可使用BP神经网络法进行刀具磨损量预测。

高强度围岩隧洞TBM刀具磨损规律研究

刀具磨损是影响TBM掘进效率的重要因素,该文以北疆供水二期工程XEVⅢ标段隧洞为依托,开展高强度围岩条件下刀具磨损规律研究。该标段已掘进段围岩强度最大为160MPa,平均为120MPa。根据掘进过程中的刀具磨损统计资料,分析不同刀位的刀具磨损值、围岩强度和掘进参数对刀具磨损的影响以及不同掘进参数对刀具磨损的敏感度,结果表明:中心滚刀和正面滚刀的累计磨损量随安装半径增大呈指数式增长,边缘滚刀累计磨损量受安装角度影响,随安装半径增大先增大后减小;边缘滚刀的单刀磨损量最大,正面滚刀次之,中心滚刀最小;随着围岩强度提高,中心滚刀和正面滚刀每延米磨损量呈指数型增长,边缘滚刀每延米磨损量呈二次函数型增长,所有刀具每延米累计磨损量呈线性增长;围岩强度不变时,随着刀盘转速、刀盘扭矩、推力、贯入度增大,刀具每延米磨损量均呈二次函数型变化,先增大后减小,随着掘进速度增大,刀具每延米磨损量呈二次函数型变化,先减小后增大;刀具磨损对刀盘扭矩和推力最为敏感,为减小磨损,建议施工中将刀盘扭矩控制在1100~1300kN·m或2100~2400kN·m,将推力控制在9000~11000kN或15000~16000kN。

基于CSM模型的盾构机滚刀受力及磨损规律

为揭示盾构机在地层中掘进时滚刀的受力机理及磨损规律,根据科罗拉多矿业学院(CSM)模型得到滚刀受力理论计算公式。基于岩体破坏失效理论建立滚刀线性破岩有限元模型,模拟分析滚刀破岩的动态受力特性;对比不同贯入度下滚刀受力CSM模型计算值与有限元仿真值的差异,验证CSM模型对中风化泥岩地层中滚刀受力计算公式的适用性与准确性。基于CSM模型推导反映滚刀磨损系数随盾构掘进参数变化规律的数学关系,通过计算值与现场实测磨损数据对比,验证其准确性。结果表明:对于成都地区软质中风化泥岩地层,滚刀切削过程中所受到的法向力和切向力呈现波动变化,贯入度越大,滚刀受力值及其波动幅度越大;当滚刀贯入度为15~40 mm时,CSM模型计算得到的滚刀受力理论值与有限元仿真值偏差在15%以内;适当提高贯入度,增大有效扭矩与有效推力的比值,有利于减小单位距离滚刀磨损量。

富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命预测分析

为探究成都富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命特性,以成都地铁17号线凤温区间和明一区间第1次查换刀情况为研究对象,首先对两区间不同开口率刀盘的滚刀磨损形式和磨耗系数进行对比,之后采用基于现场实测数据的滚刀寿命预测模型对查换刀距离进行预测,最后通过第2次换刀对预测效果进行验证。研究结果表明:1)富水卵漂石地层滚刀磨损形式主要表现为尖状磨损和偏磨磨损,偏磨滚刀主要分布于刀盘边缘及中心区域;2)滚刀磨耗系数与安装位置半径关系曲线大致呈U形分布,中心滚刀和边缘滚刀的磨耗系数较大,正面滚刀的磨耗系数较小;3)刀盘开口率是影响滚刀磨耗系数和偏磨概率的重要因素。

引绰济辽工程二标隧洞段TBM滚刀磨损规律

通过在引绰济辽工程二标隧洞段隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘上搭载刀盘状态监测系统,实现TBM掘进中滚刀磨损的实时监测。基于监测系统的实时滚刀磨损记录,获得单滚刀全寿命磨损规律。将单滚刀全寿命磨损过程分为低速磨损、加速磨损和均速磨损3个阶段,磨损过程中刃宽变化对滚刀速率影响显著。通过在TBM掘进过程中跟踪记录岩体条件,结合TBM掘进参数和监测数据,分析地层参数和掘进参数对滚刀磨损速率的影响。结果表明:滚刀破岩体积磨损速率较适合用于衡量滚刀磨损速率;岩石磨蚀性、岩体完整性和岩体可掘性指数是影响滚刀磨损速率的关键参数,可为将来精细滚刀磨损预测模型研究提供依据。