激光辅助TBM盘形滚刀压头侵岩缩尺试验研究

作者：张魁; 杨长; 陈春雷; 彭赐彩; 刘杰

来源：岩土力学, 2022, 43(01): 87-96.

DOI：10.16285/j.rsm.2021.0770

• 隧道掘进机(TBM)
• 盘形滚刀
• 激光辅助
• 激光钻孔
• 侵岩

为了验证高能激光技术能够辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)盘形滚刀(以下简称滚刀)实现高效破岩,以滚刀破岩过程中基本的运动形式——侵岩为研究对象,参照17 inch(432 mm)工程用滚刀,按1:8的比例制备了缩尺比例滚刀压头(以下引述为滚刀压头),开展了以孔孔距(2、3、4、5 mm)、刀孔距(3、4、5、6、7 mm)为变量的激光辅助滚刀压头侵岩L20(4×5)正交试验以及无激光作用的对照组试验。试验研究结果表明:随着刀孔距的增加,滚刀压头的破岩量与岩石破碎块度均增加,而垂直力和比能耗均降低,最优刀孔距为6 mm;随着孔孔距的增加,破岩量、垂直力和岩石侵入难度系数均降低,而岩石破碎块度和比能耗均增加,最优孔孔距为3 mm。与传统滚刀回转滚压破岩方式相比,在激光辅助作用下,可促进岩石张拉裂纹的产生,提高了滚刀侵岩效率。所提出的激光辅助滚刀耦合破岩模式在未来TBM极硬岩层隧道掘进中具有一定的应用前景。

• 单位
  湘潭大学; 湖南工程学院; 建筑工程学院