隧道掘进机的应用（上）

隧道掘进机：一种靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎隧道掌子面岩石，并将破碎物连续向后输出，使隧道全断面一次成形的机器。它的英文名称是Tunnel Boring Machine，简称TBM。随着世界各国对地下空间的开发利用日益重视，大型隧道工程项目不断增多，隧道掘进机被越来越多的隧道施工企业所认同并广泛使用。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀管理软件开发

全断面岩石掘进机刀盘上一般装有数十把甚至上百把盘形滚刀,因其磨损不均匀,各刀到达寿命极限的时间或掘进里程也不相同,而更换后的刀刃廓面的平（曲）面度又要求相对合理,这就为盘形滚刀更换过程中的刀具管理提出了较现实难题。结合某隧道工程采用的某型号全断面岩石掘进机,建立了掘进机盘形滚刀刀具管理模型,开发出了刀具管理软件。主要功能有：盘形滚刀刀位显示;破损刀具更换;换刀分析结果显示;数据库管理等,从而为全断面岩石掘进机施工工程的刀具管理提供了较得力助手。     

TBM滚刀破碎节理岩体效率分析及刀间距优化方法研究

在全断面隧道掘进机(TBM)开挖隧道过程中,常遇到节理岩体.为了研究不同刀间距下的滚刀破岩效率,对刀间距进行优化,对不同节理间距和节理情况岩体开展二维滚刀贯入试验.试验中,节理倾角设为0°、30°、45°、60°、90°,节理间距设为30mm、40mm、50mm、60mm、70mm,滚刀间距S设为60mm、80mm、100mm、120mm.试验结果表明:当节理倾角为60°时,破岩效率最高;随着刀间距的增加,破岩效率逐渐降低;不同节理条件下,刀间距为100mm,滚刀的破岩效率均达到了最优,最佳s/p值约为10.     

线性和旋转切割方式滚刀破岩试验对比研究

隧道掘进机(TBM)的施工中破岩效率直接影响了工程的进度、造价。室内试验可以较真实地模拟滚刀破岩的过程,优化TBM设计参数。由于试验设备的限制,此前室内试验均为线性切割,与实际施工的旋转滚刀旋转破岩有一定差异。基于北京工业大学自主研制的机械破岩试验平台,采用19in(483mm)常截面盘形滚刀,以80mm刀间距、0.5mm贯入度为间隔,分别对某引水工程花岗岩进行线性切割和旋转切割破岩试验。对比分析了两种切割方式对滚刀力、比能的影响,发现两种切割方式下法向力、滚动力和比能变化趋势大体相同,只有侧向力存在明显差异。     

不同刀具配置下隧道掘进机高效破岩机理与推力预估

为解决隧道掘进机刀盘刀具破岩的安全性、可靠性、高效性这一隧道掘进机施工难题,从高效破岩机理和刀盘刀具与围岩耦合作用规律两个方面进行了研究,对单刀及多刀破岩理论体系进行了完善。结合理论分析和滚刀岩机作用综合实验台上的实验结果,提出了红砂岩、石灰岩和花岗岩等3种常见岩石的最优破岩刀间距,并给出了当岩石强度位于40～170 MPa之间时的最优刀间距计算式。综合考虑各种因素对隧道掘进机总推力、刀盘扭矩的影响,提出了复合式隧道掘进机总推力、刀盘扭矩估算的理论公式。通过工程实例验证,该理论计算式具有较高的科学性和精确性。研究成果可直接用于刀具选型布置、推力、扭矩设计,从而降低隧道掘进机的制造成本、提高施工效率。     

论隧道掘进机技术的发展和研究现状

自上世纪50年代问世以来,隧道掘进机技术取得了突飞猛进的发展,适用地层也越来越广泛,根据掘进岩土体强度的不同,大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构机。通过国内外文献资料的调研,目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机理和施工预测模型的建立两个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究三个方面。虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得还不透彻,有待进一步研究。隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机理的完善、复杂地质条件下掘进机理与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机。     

盘形滚刀推力试验研究

盘形滚刀推力是掘进机设计中的重要参数,直接影响着掘进机的结构设计和使用性能.研究《小松技报》理论模型、科罗拉多矿业学院理论模型和东北工学院(现名东北大学)岩石破碎研究室理论模型,利用滚刀岩机作用综合实验台开展岩石滚压试验获取位移时间曲线和推力时间曲线,将试验数据与理论分析的结果进行对比验证,发现东北工学院岩石破碎研究室理论模型的计算结果与试验结果较吻合,可作为类似工程地质掘进机的设计选型的理论参考.     

隧道掘进机滚刀破岩机理实验台传动系统设计

针对具有推进旋转复合运动的大型力学实验台,由于旋转扭矩共同作用造成的推进系统运动不平稳,甚至卡死问题,结合隧道掘进机滚刀破岩机理实验台设计,重点对推进旋转复合传动系统进行了研究,设计了"四面八角"的推进导向与刀盘旋转传动系统设计方案并进行参数计算选型,开发了螺旋运动的隧道掘进机破岩机理实验台推进旋转复合传动系统,可为具...     

全断面岩石掘进机刀盘上刀具布置规律研究

全断面岩石掘进机是水工隧洞全断面施工的高效施工设备,其刀盘上盘形滚刀的受力分析,是研究盘形滚刀在刀盘上布置规律的理论基础,也是进行全断面岩石掘进机研制的理论依据.文中通过对作用在全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀的力的分析,建立了盘形滚刀在刀盘上的布置规律,并结合实例进行了验证.其结论将有助于全断面岩石掘进机理论研究的进一步发展.     

掘进机盘形窄刃滚刀

隧洞掘进机盘形滚刀是影响掘进效率与成本的关键零件。施工实际要求针对不同的破岩对象不断改进滚刀形状。本文根据盘形窄刃滚刀的多次试验室试验和具有一定批量的工业性试验,对反复验证的破岩规律加以简单总结,试图为今后继续进行大批量工业性生产试验积累经验。一、窄刃滚刀破岩理论根据我们多年对刀具破岩过程的试验研