TBM滚刀破碎节理岩体效率分析及刀间距优化方法研究

0 引言
随着我国交通事业的迅猛发展袁隧道总里程逐年增加遥 在隧 道开挖中袁TBM 适用性强袁施工效率高尧质量好袁因而被 地层中的 TBM 滚刀破岩效率遥
理论研究与数值模拟研究方面袁张旭辉等[1]通过颗粒流程序袁 分析了不同节理倾角和间距下的单滚刀和双滚刀破岩机理袁以及 岩体裂纹扩展特征和破岩模式遥 研究表明袁节理面对裂纹扩展起 引导或阻碍作用曰破岩模式分为常规破岩模式和协同破岩模式两 种曰单滚刀作用下袁岩体应力方向受节理面倾角影响而发生改变袁 双滚刀作用下袁节理倾角对应力分布影响不明显遥 廖志毅等[2]使用 砸FPA2D 岩石动态破裂分析软件分析滚刀破碎节理岩体过程中袁 岩体的开裂特征和损伤演化模式遥 研究发现袁节理间距减小后袁岩 体更加破碎袁节理面影响应力在岩体内部的传播模式遥 孔晓璇等[3] 通过 PFC 软件进行了节理倾角对滚刀破岩效果的相关研究袁总结 了不同节理倾角下岩体破坏模式尧裂纹数量和比能等指标的变化 规律曰同时袁对存在软岩和硬岩的复合地层中刀间距对破岩效率 的影响进行了研究遥 孙金山等[4]在颗粒流程序中分析节理面对滚 刀破岩模式的影响袁 发现节理面的存在会控制裂纹传播和扩展袁 节理间距小时袁岩体以结构面破坏为主袁反之结构面和完整岩块 将同时破坏遥 霍军周等[5-6]使用有限元软件模拟了 TBM 刀群三维 回转切割岩石过程袁 分析了滚刀作用顺序对破岩效率的影响袁得
Analysis of Efficiency of Hob Crushing Jointed Rock Mass and Research on the Optimization Method of Knife Spacing
刘国强 1袁刘彬 1袁张庆明 1袁刘勃龙 2
渊1 重庆交通建设渊集团冤有限责任公司袁重庆 401122曰2 重庆大学 土木工程学院袁重庆 400045冤 摘要院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。 关键词院全断面隧道掘进机；节理岩体；刀间距；破岩效率 中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2021）08-0033-03 Abstract: In the tunnel excavation process by a full-face tunnel boring machine (TBM), jointed rock masses are often encountered. In order to study the rockbreaking efficiency of the hob under different cutter spacing, the cutter spacing was optimized, and the two-dimensional hob penetration test was carried out on the rock mass with different joint spacing and joint conditions. In the test, the joint inclination angles were set to 0毅, 30毅, 45毅, 60毅, 90毅, the joint spacing was set to 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, and the hob spacing S was set to 60mm, 80mm, 100mm, 120mm. The test results showed that: when the joint dip is 60毅, the rock breaking efficiency is the highest; With the increase of the cutter spacing, the rock-breaking efficiency gradually decreases; under different joint condi鄄 tions, when the cutter spacing is 100mm, the rock-breaking efficiency of the hob is optimal, and the best s/p value is about 10. Keywords: full-face tunnel boring machine; jointed rock mass; cutter spacing; rock-breaking efficiency
Material & Technology 材料与技术 doi院10.3969 辕 j.issn.1671-9107.2021.08.33 引文检索院刘国强袁刘彬袁张庆明袁等.TBM 滚刀破碎节理岩体效率分析及刀间距优化方法研究[J].重庆建筑袁2021渊8冤院33-35.
TBM 滚刀破碎节理岩体效率分析及刀间距优化方法研究
收稿日期院2021-05-10 作者简介院刘国强渊1975要冤袁男袁吉林长岭人袁工程硕士袁正高级 工程师袁主要从事企业管理工作遥
到最优刀间距和最优顺次切削角度遥 试验研究方面袁邹飞等[7]制作了岩石相似材料袁开展了二维滚
刀贯入试验袁分析了节理倾角和间距对隧道掘进机破岩特性的影 响遥 结果发现袁节理间距的增加会引起峰值荷载增加袁外力做功和 主裂纹扩展能量也都呈增大趋势遥 节理倾角为 30毅时袁 跃进点荷 载尧抗侵入系数尧侵入功以及主裂纹扩展能量达到最小值遥 北京工 业大学的龚秋明等人[8]进行了一系列不同节理间距下的线性切割 破岩试验袁利用岩渣尧滚刀受力等指标分析了完整岩体和含不同 间距节理岩体破岩过程的异同点遥 马洪素等人[9]采用含有预制节 理的混凝土试块对节理岩体进行模拟袁试验变量为试块的强度和 节理面的倾角袁发现不同的节理倾角下岩体的破岩方式有一定差 别袁主要是从刀具下方破碎区生成侧向裂纹并向自由面或节理面 扩展形成碎片袁或由中间裂纹向节理面扩展而形成碎片袁抑或是 由于节理变形使裂纹从节理面起裂并向自由面扩展从而形成破 岩碎片遥