盘形滚刀和岩石相互作用研究综述.pdfVIP

维普资讯 2005年 12月 铁 道 工 程 学 报 Dec 2005 第 6期 (总 9O) JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETY NO．6(Ser．90) 文章编号：1006--2106(2005)06—0066—04 盘形滚刀与岩石相互作用研究综述 宋克志 袁大军 2 王梦恕2 (鲁东大学交通学院 264025；北京交通大学 隧道及地下工程试验研究中心 100044) 摘要 ：研究 目的：盘形滚刀是一种重要破岩刀具 ，主要用在掘进机 (TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实用价值 。 研究方法 ：文献综合分析和研究 。 研究结果 ：扼要分析 了隧道掘进机盘形滚刀破岩的基本原理、滚刀的截面形式及几何参数 ，并就滚刀与岩 石相互作用机理、滚刀破岩力、掘进性能预测等方面，对国内外具有代表性的研究成果进行 了综述 。 研究结论 ：指出影响盘形滚刀与岩石相互作用的因素主要有机械因素和地质因素。 关键词：隧道掘进机 ；滚刀；破岩力；相互作用 ；掘进性能 中图分类号 ：U455．43 文献标识码 ：A 用盘形滚刀的是美 国罗宾斯公司，它与初期 的切割刀 1 引 言 相 比具有破岩效率高、比能低和刀具磨损量小的特点。 隧道掘进机是集掘进、排渣装运、衬砌施作等工 安装在刀盘上 的盘形滚刀在千斤顶 的作用下紧压 序于一体的大型隧道施工装备。按照地层条件和具体 在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘 中 施工方法的不同，隧道掘进机可分为硬岩隧道掘进机 心轴公转，同时绕 自身轴线 自转 。盘形滚刀在刀盘的推 (又称 TBM—TunnelBoringMachine)、软岩隧道掘进机 力 、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟 (又称盾构机 ShieldMachine)以及顶管掘进机 (Pipe 槽 。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石 Jacking．Machine)。一般而言，盾构是在刀盘上布置刮 直接破碎 ，刀尖贯人岩石 ，形成压碎区和放射状裂纹 ； 刀进行土体的切削，而掘进机刀盘上则布置盘形滚刀 进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀 来滚压岩石至破裂 。近年来 ，随着掘进机所遇到地层复 间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落， 杂性的增加，盾构与TBM技术逐渐融合，在刀盘上 同 盘形滚刀完成一次破岩过程 ，见图 1。 时布置刮刀和滚刀，形成所谓的复合式盾构，可 以采用 非压力平衡模式、欠压模式及压力平衡模式进行掘进 施工 。例如 ，我国广州地铁隧道 、重庆主城越江隧道的 施工均采用了这种复合式刀盘进行切削破岩。另外，盾 构在卵砾石地层掘进时也可在刀盘上布置盘形滚刀。 因此 ，本文主要探讨盘形滚刀破岩过程及其研究现状。 2 盘形滚刀破岩的基本原理 图 1 滚 刀破岩原理示意 图 2．1 滚刀破岩的基本过程 滚刀在切削岩石的过程 中，会对岩石施加 3个方向 掘进机所使用的破岩滚刀，主要有镶嵌硬质合金 的作用力 (见图2)：法向推压力 ，由刀盘的推力提供 ； 滚刀、齿面滚刀、单刃盘形滚刀、双(或三)刃盘形滚刀 切向滚动力 ，由刀盘扭矩提供 ；滚刀边缘的侧向力 ， 等，目前，使用较多的是盘形滚刀。最先在掘进机上使 由于滚刀对岩石的挤压力和刀盘旋转的离心力所产生。 。 收稿 日期：2005—04—2