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现代隧道技术 2023, Vol. 60 Issue (2) :73-83    DOI:
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全断面隧道掘进机锥面刀盘滚刀破岩机制研究
(1. 中铁工程装备集团有限公司设计研究总院,郑州 450016;2. 长安大学工程机械学院,西安 710064)
A Study on the Rock-breaking Mechanism of Disc Cutters on Cone Cutterhead of Full-face Tunnel Boring Machines
(1.Central Design and Research Institute, China Railway Engineering Equipment Group Co., Ltd., Zhengzhou 450016;2.School of Construction Machinery, Chang′an University, Xi′an 710064)
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摘要 为揭示全断面隧道掘进机(TBM)锥面刀盘的滚刀破岩机制,明确滚刀安装排布对岩石破碎效果的影响规律,在对锥面刀盘多台阶悬切破岩模式分析的基础上,基于颗粒离散元方法构建锥面刀盘滚刀破岩数值模型并进行试验验证,开展锥面刀盘“平-锥”过渡区域滚刀破岩过程的数值模拟研究。研究结果表明:锥面刀盘锥区滚刀的破岩本质为临空面辅助破岩,破岩效果受到盘面锥角、滚刀间距、滚刀安装倾角的共同影响;为提高锥面刀盘破岩效率,可适当增大盘面锥角、减小锥区滚刀间距、增大滚刀安装倾角使锥区“斜刀正装”;对于抗压强度为180 MPa的极硬花岗岩,为确保高效破岩,建议盘面锥角为25°,锥区滚刀间距不大于70 mm,滚刀安装倾角与盘面锥角接近。
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作者相关文章
宁向可 1 耿 麒 2 卢智勇 2 于庆增 1
关键词全断面隧道掘进机   锥面刀盘   滚刀   破岩机制   颗粒簇离散元     
Abstract: To reveal the rock-breaking mechanism of disc cutters on cone cuttehead of full-face tunnel boring ma? chines (TBM) and verify the influence pattern of the installation arrangement of the disc cutters on the rock-breaking effect, this paper constructs a numerical model of disc cutters on cone cutterhead based on the particle discrete element method, carries out experiments for verification, and conducts a numerical simulation study of the rock-breaking process of disc cutters on cone cutterhead "flat-conical" transition area, based on the analysis of the multi-stage suspension cutting and rock breaking mode of the cone cutterhead. The results show that the rock-breaking of the disc cutters in the conical area is in nature the free-face supported rock-breaking, with the breaking effect jointly influenced by the conical angle of the cutter head, the cutter spacing, and the cutter inclination angle. To improve the rock-breaking efficiency of the cutters, it is advisable to increase the conical angle of the cutter head, reduce the spacing between the cutters in the conical area, and raise the installed angle of the cutters to achieve the "erect in? stallation of oblique cutters" in the conical area. For extremely hard granite with a compressive strength of 180 MPa,the study suggests that the conical angle of the cutter head should be 25°, with the spacing between the cutters in the conical area no more than 70 mm, and the installed inclination of the cutters close to the conical angle of the cutter head.
KeywordsFull-face tunnel boring machine,   Conical cutterhead,   Disc cutter,   Rock-breaking mechanism,   Particlebased discrete element method     
基金资助:国家自然科学基金(52278390,51805042);陕西省自然科学基金面上项目(2022JM-172);陕西省高校科协青年人才托举计划项目(20200411);长安大学中央高校基本科研业务费高新培育项目(300102251201).
作者简介: 宁向可(1985-),男,硕士研究生,高级工程师,主要从事隧道工程装备开发研究工作,E-mail:nxk119@163.com. 通讯作者:耿 麒(1989-),男,博士研究生,副教授,主要从事隧道掘进装备开掘系统设计研究工作,E-mail:gengqi@chd.edu.cn.
引用本文:   
宁向可 1 耿 麒 2 卢智勇 2 于庆增 1 .全断面隧道掘进机锥面刀盘滚刀破岩机制研究[J]  现代隧道技术, 2023,V60(2): 73-83
NING Xiangke1 GENG Qi2 LU Zhiyong2 YU Qingzeng1 .A Study on the Rock-breaking Mechanism of Disc Cutters on Cone Cutterhead of Full-face Tunnel Boring Machines[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2023,V60(2): 73-83
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2023/V60/I2/73
 
没有本文参考文献
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