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硬质岩层中TBM滚刀破岩效率预测模型研究 被引量：8
1
作者 乔世范 王超 +2 位作者 刘红中 蒋泽龙 董常瑞 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1094-1102,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 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
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TBM破岩过程的滚刀受力计算模型研究 被引量：25
2
作者 王超 乔世范 刘红中 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期54-63,共10页
全断面硬岩隧道掘进机(TBM)广泛应用于隧道工程的建设,其滚刀破岩过程的受力情况也一直是TBM设计和施工阶段的核心问题。为研究TBM破岩过程的滚刀受力情况,该文简化滚刀运动模式,综合运用剪切与张拉破坏机理,分别对滚刀随刀盘转动时的... 全断面硬岩隧道掘进机(TBM)广泛应用于隧道工程的建设,其滚刀破岩过程的受力情况也一直是TBM设计和施工阶段的核心问题。为研究TBM破岩过程的滚刀受力情况,该文简化滚刀运动模式,综合运用剪切与张拉破坏机理,分别对滚刀随刀盘转动时的扭转运动和在掘进方向的近似直线运动时的滚刀受力情况进行研究,不考虑滚刀自身旋转的影响,推导得出了计算破岩过程中滚刀法向力及滚动力的计算模型,并进一步分析了滚刀法向推力的主要影响因素,保证了计算模型参数取值的合理性。将该模型应用于实际工程案例中,分别与现场监测结果和近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型计算结果进行对比,结果表明:该计算模型所得结果与现场监测结果之间的相关性较好,且相比于近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型的计算误差较小,从而验证了该模型的适用性和合理性,为TBM滚刀破岩的力学计算和模型研究及其相关工程的应用提供了参考。 展开更多
关键词 全断面硬岩隧道掘进机 滚刀破岩 受力计算模型 法向力 滚动力 主要影响因素
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TBM施工中岩石可钻性测试与评价技术综述 被引量：9
3
作者 朱杰兵 沈小轲 +2 位作者 王小伟 汪斌 李聪 《人民长江》 北大核心 2019年第8期143-150,共8页
岩石的可钻性是评价TBM隧道施工难易程度的重要指标,其测试方法必须与TBM的设计与施工过程相匹配。因国内的TBM研发及施工技术起步较晚,岩石可钻性测试与评价方法仍以国外的技术为主。通过大量查阅国内外文献,基于常用掘进效率预测模型... 岩石的可钻性是评价TBM隧道施工难易程度的重要指标,其测试方法必须与TBM的设计与施工过程相匹配。因国内的TBM研发及施工技术起步较晚,岩石可钻性测试与评价方法仍以国外的技术为主。通过大量查阅国内外文献,基于常用掘进效率预测模型的需要,从岩石硬度、脆性和磨耗性3个方面对岩石可钻性指标测试与评价技术进行了较为详细的介绍。基于这些测试方法的试验成果,为我国TBM的刀盘设计、刀具磨损及掘进速率的预测提供了基础资料。建议尽快建立我国TBM可钻性实验室及相应数据库。 展开更多
关键词 岩石可钻性 tbm 掘进效率预测模型 测试方法
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TBM岩渣几何特征与滚刀破岩效率相关性分析 被引量：2
4
作者 张春瑜 《施工技术（中英文）》 CAS 2024年第7期85-91,共7页
在运用TBM进行隧道挖掘施工中,TBM破岩效率会受到围岩状况以及机械参数的影响。因此岩体不同节理间距、倾角以及滚刀间距对破岩工作效率的影响值得关注。首先,利用室内滚刀试验,在固定岩体节理倾角、间距或滚刀间距其中一个参数的条件下... 在运用TBM进行隧道挖掘施工中,TBM破岩效率会受到围岩状况以及机械参数的影响。因此岩体不同节理间距、倾角以及滚刀间距对破岩工作效率的影响值得关注。首先,利用室内滚刀试验,在固定岩体节理倾角、间距或滚刀间距其中一个参数的条件下,对另外两个参数变化生成岩渣的粗糙度指数的变化规律进行模拟,分析和总结岩渣的形状与破岩效率之间的关系以及不同条件下TBM掘进产生的岩渣特征。再依托广州北江输水隧洞工程,现场量测该隧洞开挖施工过程中产生的岩渣,并对其进行筛分试验,然后分析统计数据,得出了不同围岩性质下TBM刀盘的磨损规律与岩渣粗糙度指数及颗粒级配系数之间的相关性。最后,把岩渣的粗糙度指数、扁平度与比能分别进行拟合,进一步说明节理倾角与间距对滚刀破岩效率的影响。 展开更多
关键词 隧道 tbm 岩渣 滚刀 破岩效率 相关性
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基于数值仿真的复杂岩体TBM掘进性能评估模型 被引量：7
5
作者 赵高峰 姜宝元 +4 位作者 芮福鑫 马洪素 李洁勇 赵晓豹 龚秋明 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期984-997,共14页
为了评估全断面隧道掘进机(TBM)在复杂岩体环境中的掘进性能,本文提出了基于数值仿真的全断面TBM掘进预测模型。首先,采用4D-LSM和DDA耦合模型数值重现工程尺度完整岩体和节理岩体的TBM掘进测试过程,分析全断面TBM掘进过程中刀盘的力学... 为了评估全断面隧道掘进机(TBM)在复杂岩体环境中的掘进性能,本文提出了基于数值仿真的全断面TBM掘进预测模型。首先,采用4D-LSM和DDA耦合模型数值重现工程尺度完整岩体和节理岩体的TBM掘进测试过程,分析全断面TBM掘进过程中刀盘的力学响应和岩体的破坏特征;其次,研究节理间距、节理方向、岩体单轴抗压强度以及脆性指数对可钻性指数的影响;最后,引入单神经元对数值仿真预测模型进行修正,并与岩体特征模型进行对比分析,验证基于数值仿真的全断面TBM掘进性能预测模型的适用性。研究结果表明:TBM在低强度、高脆性以及节理发育的岩体中掘进效率更高,当节理面与TBM掘进方向之间的夹角为60°~75°时,最有利于TBM的运行。基于数值仿真的TBM掘进性能预测模型提供了一种经济、灵活的可用于评估复杂环境中TBM施工性能的方法。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 全尺寸tbm破岩模拟 掘进性能预测 耦合数值模型 离散弹簧模型 非连续变形分析方法
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铁路隧道TBM破碎岩石机理及破岩力影响因素研究
6
作者 黄仟 《江苏建筑职业技术学院学报》 2024年第1期26-31,共6页
为了解决TBM盘形滚刀破碎的问题,提高滚刀的破岩效率,以新建兰州至重庆铁路西秦岭隧道作为研究案例,通过数学物理方法求解滚刀在岩体受压破坏阶段和剪切破坏阶段的破岩力,并分析滚刀几何参数和岩体力学参数对破岩力的影响。研究结果表明... 为了解决TBM盘形滚刀破碎的问题,提高滚刀的破岩效率,以新建兰州至重庆铁路西秦岭隧道作为研究案例,通过数学物理方法求解滚刀在岩体受压破坏阶段和剪切破坏阶段的破岩力,并分析滚刀几何参数和岩体力学参数对破岩力的影响。研究结果表明,不同刀刃半角的盘形滚刀破岩力随贯入度均呈现明显的非线性增加后趋于收敛的趋势,盘形滚刀破岩力随着刀刃半角的增加而增加,刀刃半角超过12°时,滚刀破岩力急剧增加;在刀盘每转贯入度<2 mm时,盘形滚刀的破岩力随贯入度增加呈非线性增加,而刀盘每转贯入度≥2 mm后,则呈线性增加;内聚力对盘形滚刀破岩力的影响与内摩擦角规律一致。 展开更多
关键词 tbm 盘形滚刀 破岩机理 破岩效率 内摩擦角 刀刃半角 内聚力
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基于密实核理论的单滚刀多阶段受力预测模型 被引量：13
7
作者 孙伟 张旭 赵奎山 《机械设计与制造》 北大核心 2015年第6期9-12,共4页
基于密实核理论,针对特定岩石条件,考虑滚刀在破岩过程中复杂的受力情况,将滚刀楔形刃破岩过程分为四个阶段：弹性变形阶段、挤压破碎阶段、密实核破碎阶段与卸载阶段,且认为在密实核破碎阶段,密实核处于静水压状态,静水压力增大,会使... 基于密实核理论,针对特定岩石条件,考虑滚刀在破岩过程中复杂的受力情况,将滚刀楔形刃破岩过程分为四个阶段：弹性变形阶段、挤压破碎阶段、密实核破碎阶段与卸载阶段,且认为在密实核破碎阶段,密实核处于静水压状态,静水压力增大,会使受力物体的体积缩小,但不会改变其形状。并提出了单滚刀多阶段受力预测模型。进而开展了单滚刀线性切割岩石试验研究,并与理论模型进行了对比。结果表明：预测模型与实验数据垂直力、侧向力和滚动力的误差分别在（8~18）k N,（2~5）k N和（0~3）k N;在此基础上对预测模型进行了系数修正,使其能够更加真实地模拟滚刀破岩的受力情况,为滚刀以及刀盘的设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 tbm 盘形滚刀 密实核 预测模型 破岩力 滚刀切割试验
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隧道掘进机技术的发展和研究现状 被引量：12
8
作者 彭琦 《隧道建设》 2013年第6期443-448,共6页
通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出:1)根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构;2)目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破... 通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出:1)根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构;2)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制和施工预测模型的建立2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3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,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究;3)隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制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。 展开更多
关键词 隧道掘进机 盾构 施工预测模型 滚刀破岩机制 掌子面稳定 地表沉降
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双模式TBM施工海底隧道HSP法地质预报案例分析 被引量：2
9
作者 刘金刚 卢松 李春林 《现代隧道技术》 CSCD 北大核心 2021年第S01期575-580,共6页
由于TBM施工工艺特点与其独特的空间结构,限制了部分传统地质预报方法的应用。文章结合TBM的施工环境,分析了TBM施工隧道地质预报的重难点,介绍了适用于TBM施工的HSP法地质预报技术及其原理和探测方案,该技术以TBM刀盘滚刀剪切岩(土)时... 由于TBM施工工艺特点与其独特的空间结构,限制了部分传统地质预报方法的应用。文章结合TBM的施工环境,分析了TBM施工隧道地质预报的重难点,介绍了适用于TBM施工的HSP法地质预报技术及其原理和探测方案,该技术以TBM刀盘滚刀剪切岩(土)时产生的振动信号作为激发震源,通过数字信号预处理、相关干涉与虚源提取、聚焦成像等,探测TBM掌子面前方的不良地质分布情况。以青岛地铁8号线大洋站一青岛北站区间TBM平行导洞为例,HSP法探测成果与揭露情况一致性较好,有效地指导了双模式TBM模式转换节点,为工程施工安全与高效组织提供了保障。应用结果表明,HSP法是适用于双模式TBM隧道施工地质预报的高效方法之一。 展开更多
关键词 双模式tbm 地质预报 HSP法 海底隧道 破岩震源
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