硬质岩层中TBM滚刀破岩效率预测模型研究

作者：乔世范; 王超; 刘红中; 蒋泽龙; 董常瑞

来源：武汉大学学报(工学版), 2021, 54(12): 1094-1102.

DOI：10.14188/j.1671-8844.2021-12-002

• 硬质岩层
• 比能耗
• 破岩体积
• 滚刀法向推力
• TBM滚刀破岩效率预测模型
• 贯入度

硬质岩层的盾构施工中,全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩效率的研究及工程实践广受关注,目前已有的研究成果不能很好地指导TBM掘进参数的设定以及有效提升破岩效率。为解决这一问题,在破岩效率评价标准的基础上,基于比能耗理论对TBM滚刀破岩效率预测模型展开研究。首先,分别推导得到非协同模式和协同模式下的破岩体积计算公式,并对2种模式下的破岩体积进行了计算和分析;其次,结合滚刀法向推力数学模型的推导结果,联立所得破岩体积及滚刀法向推力的相关公式,得到TBM滚刀破岩效率预测模型;最后,依托实际工程的应用及分析对本文所建立的破岩效率预测模型的合理性和实用性进行验证。研究结果表明:相比于其他情况,张拉破坏主导下的滚刀破岩效率更高;所建模型可以有效地应用于TBM掘进现场的破岩效率预测工作中。结合工程案例的有关计算和分析结果,给出了以控制比能耗为主要目标的滚刀贯入度的取值建议,为类似工程建设提供了有效的参考。

• 单位
  中南大学; 中铁第四勘察设计院集团公司; 土木工程学院