临空面对TBM楔刀贯入破岩效果影响试验研究

汤胜旗　曾亚武　叶阳

摘要：为提高深部地下高地应力硬岩掘进效率，对有、无中间临空面的板状花岗岩试样进行了楔刀垂直贯入破岩试验，以探究临空面辅助作用下不同围压、不同楔刀与临空面的距离、不同临空面深度等对楔刀破岩效果的影响。试验结果表明：临空面辅助破岩可大幅降低破岩比能耗;在临空面辅助作用下，楔刀下主裂纹向下延伸后朝向临空面发展贯通，形成三角形大粒径块体岩渣，减小了岩屑的产生;围压对破岩效率具有重要影响，在最优围压时破岩比能耗最低;主裂纹贯通至临空面底部时，伴随楔刀与临空面的距离增大，破岩比能耗呈现非线性增长;临空面深度控制主裂纹朝向临空面发展贯穿，从而影响破岩比能耗。研究结果为TBM高效破岩提供了新思路。

关键词：临空面; 楔刀破岩; 超前导洞; TBM; 围压; 破岩比能耗

中图法分类号： TV39

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.029

0引 言

在深部地下围岩开挖掘进中，高地应力硬岩会显著加剧全断面隧道掘进机TBM（Tunnel Boring Machine）刀具的磨损量，降低滚刀破岩效率，增加工程造价[1-4]。超前开挖导洞TBM扩挖成孔能有效改善这种缺陷[5]，该工法开挖面沿导洞轴线呈对称状态，导洞边缘在掌子面待掘进岩体中形成临空面，使临近岩体产生卸压效应，显著降低破岩力，提高破岩效率[6]。目前，关于该方面的研究还较少。因此，开展深地高地应力硬岩中TBM掘进时临空面辅助破岩效果研究，对提高深地高地应力硬岩TBM掘进效率、降低造价具有重要的工程实用价值。……