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摘要
随着盾构机施工技术的成熟，盾构机在水利隧洞工程中发挥的作用越来越大。然而，盾构机在复杂地质条件下施工时，易出现刀具磨损严重、刀具消耗量大和掘进效率低等一系列问题。为了明晰不同岩石特性下镶齿滚刀破岩性能变化规律，提高镶齿滚刀破岩效率和使用寿命，保证水利隧洞工程安全高效施工。基于非线性有限元动力学软件，开展不同岩石特性下球齿型和扁齿型镶齿滚刀破岩仿真模拟。通过多组仿真模拟，探究了不同岩石特性下两种镶齿滚刀和贯入度的最优组合，并进行室内破岩实验对仿真结果进行验证。研究结果表明：凝灰岩地质条件下扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩载荷差异性小，但球齿型镶齿滚刀破岩效率高。砂岩和花岗岩地质条件下，扁齿型镶齿滚刀贯入岩石能力强，可进一步提升滚刀破岩效率。此外，在不同岩石特性下，两种镶齿滚刀破岩比能耗均随着贯入度的增大呈现出先减小后增大的趋势，并在贯入度6mm左右出现最小值。研究结果可为岳阳潜江-韶关输气管道穿江隧道工程的刀具选型提供参考，促进镶齿滚刀的开发和应用。
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单位机电工程学院; 中南大学
