贯入度与刀间距对TBM滚刀破岩推力的影响

（厦门厦工中铁重型机械有限公司，福建 厦门 361023）

全断面隧道掘进机（TBM）主要应用于硬岩隧道施工，是地铁、海底管道、铁路及公路隧道施工中的主要应用设备[1]。TBM 主要关键技术是刀盘刀具选型与参数设计，选择合适的滚刀的截面形状对TBM 破岩能力起着重要的因素[2]。在国内隧道掘进机推力、刀盘扭矩等关键参数研究中，滚刀破岩机理的试验研究可提高滚刀到地层适应性设计，对推进规范国内隧道掘进机的应用有着重大意义。

早些年国内外许多学者和科技人员对刀具破岩机理进行了理论探讨和实验研究，美国科罗拉多矿业学院关于滚刀受力预测公式的推导[3]。20世纪70 年代，在室内滚刀破岩试验代中，获得的试验数据直接应用于施工工程和确定TBM 设计参数[4]。GERTSCH 和JAMAL ROSTAMI 的滚刀破岩试验，发现相对于贯入度而言，滚刀间距对破岩效率的影响更大[5]。Jung-Woo Cho 引进三维岩石测量系统Shape Metrix3D 确定了最优破岩效率的滚刀间距与贯入度的比值[6]。王统等研究分析得出贯入度对滚刀垂向破岩力影响最剧烈，刀间距对切向破岩力影响最剧烈[7]。刘颖超等研究中，阐明了刀具的掘进方向与岩层倾向存在夹角时加速刀具磨损的机理[8]。

本文以隧道掘进机实际工程使用的18 英寸滚刀为研究对象，基于滚刀岩机作用综合实验台，以施工现场凝灰岩的取样进行了刀具滚动破岩能力的试验研究，研究不同贯入度对破岩推力的影响及不同刀间距与破岩推力、岩渣分布的关系。……