全斷面掘進機滾刀破巖機理及優(yōu)化布刀研究.pdf

1、全斷面掘進機(TBM)作為一種快速、高效、安全、經(jīng)濟的地下工程設(shè)備在我國得到廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展。盤形滾刀作為盾構(gòu)掘進機在掘進過程中破巖的主要刀具，其破碎效率直接影響了地下工程施工的效率和成本。實踐證明TBM在硬巖地質(zhì)條件下施工過程中，刀具的費用要達到機組施工成本的三分之一左右。故對巖石破碎機理進行深入研究很有理論價值和工程指導(dǎo)意義。刀盤設(shè)計是TBM的設(shè)計關(guān)鍵，是影響其掘進性能的決定性因素。其中，刀具的布置更是影響刀具的破巖效率、刀盤的受

2、力平衡、刀盤工作時的穩(wěn)定性、刀具間載荷分布的均勻性以及工作平面的穩(wěn)定性等性能指標(biāo)的重要因素。故有必要對刀具優(yōu)化布置進行研究。本文的主要研究工作有:
　　(1)滾刀作用下的巖石破碎機理及滾刀受力模型:總結(jié)了滾刀結(jié)構(gòu)和選型、歸納了滾刀受力預(yù)測模型、研究了巖石力學(xué)性質(zhì)、巖石損傷現(xiàn)象及破壞機理、巖石本構(gòu)關(guān)系的細微統(tǒng)計損傷模型，分析了盤形滾刀破巖機理，為數(shù)值仿真奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)采用數(shù)值方法模擬的單刀、雙刀、三刀作用下盤形滾刀

3、破巖過程，結(jié)果表明滾刀作用下巖石破裂過程分為粉末體出現(xiàn)、粉核體形成、側(cè)向裂紋產(chǎn)生與擴展、破碎塊體產(chǎn)生四個階段。多刀具同時作用下，能夠促進裂紋的擴展和貫通。分析不同工況（圍壓、巖石強度、刀圈截面、刀間距等）下的巖石破裂模式和載荷數(shù)據(jù)，得出高效合理的破巖條件和參數(shù)。
　　(3)采用顯示動力學(xué)方法模擬盤形滾刀到破碎巖石的連續(xù)過程，得到了整個過程中滾刀和巖石的應(yīng)力應(yīng)變特性。
　　(4)建立滾刀的優(yōu)化布刀模型，采用遺傳算法求解優(yōu)化模型