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摘要
针对TBM在硬岩隧道施工过程中所面临的滚刀承载过大以及由此引发的频繁失效问题，采用了将磨料浆体射流引入常规刀盘的技术方案，进而有效利用射流超前切缝对岩石应力状态的弱化效应以实现刀盘的高效截割。对此，首先基于预切缝对单滚刀破岩性能的改善机制提出了射流喷嘴于刀盘上的布置方案，进而结合已有试验条件搭建了磨料浆体射流辅助TBM刀盘截割试验平台并据此开展了刀盘对混凝土岩样的系列截割试验，随后探讨了岩样抗压强度、射流压力、刀盘转速及推进速度对刀盘截割性能的影响规律，同时在此基础上完成了各因素的相关性分析。研究结果表明：随着岩样抗压强度、刀盘转速及推进速度的增加，刀盘扭矩及推进阻力均有所增大，而磨料浆体射流的存在则有助于改善刀盘于此期间的载荷水平，且射流压力愈高效果愈为显著，但具体降低率却依岩样抗压强度与射流压力间的数量关系而变。然而，因水射流切割破碎岩石的比能相比于机械刀具更高，故磨料浆体射流的引入并不利于刀盘截割经济性的提升，但在一定程度上却有助于加快工程的施工进度。各因素对刀盘扭矩的影响主次顺序依次为岩样抗压强度、刀盘转速、推进速度、射流压力，而对刀盘推进阻力的影响主次顺序则依次为岩样抗压强度、推进速度、射流压力、刀盘转速，基于此可实现对刀盘截割状态的快速调整。
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单位机电工程学院; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）
