TBM双刃滚刀破岩过程模拟研究

发布时间：2024-03-07 00:34

　　采用ANSYS/LS-DYNA对TBM双刃滚刀破岩过程进行动态掘进仿真和动力学分析。根据济南R2线工程地质和TBM设备参数,建立双刃滚刀-岩石三维模型,通过对双刃盘形滚刀不同刀刃宽度、不同贯入度进行仿真,分析双刃滚刀受力情况,并与CMS模型对比,研究TBM双刃盘形滚刀刀刃宽度、贯入度在破岩过程中的影响。通过分析结果表明:当双刃滚刀贯入度在5～7 mm时,比耗能较小,对应双刃滚刀破岩效率较高;在贯入度定值下,随着刀刃宽度增加,侧向力与滚刀破岩力随之增加,刀刃宽度在16～20 mm时对应的破岩效率较高。通过分析双刃盘形滚刀破岩特征,对深入研究盘形双刃滚刀优化设计提高破岩效率具有重要的工程价值。

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【部分图文】：

图1地质剖视图

济南R2线施工路段为穿越济钢新村站-彭家庄站区间，该施工段隧道埋深4.9～26.4m，最大坡度23‰，区间主要穿越粉质黏土、强风化石灰岩、中风化石灰岩(最大单轴抗压强度最高为77.3MPa)、中风化泥灰岩(最大单轴饱和抗压强度11.0MPa)、强风化角砾岩、强风化泥灰岩、局部....

图2双刃滚刀破岩机理示意图

随着TBM刀盘推进，当双刃滚刀受载，滚刀刀刃切入岩石中，岩石表面开始产生局部变形并出现细微裂缝，此为岩石的初期破碎;随着滚刀所受载荷增大，刀刃切入岩石深度随之增加，在滚刀刀刃端的岩石粉碎，粉碎区周边应力大于岩体的抗拉强度或抗剪强度时，便产生张拉裂缝，最后双刃滚刀两刃之间裂缝相互连....

图3破岩仿真几何模型

对济南R2线施工采用的17英寸(43.18cm)双刃平刃盘形滚刀建立双刃滚刀模型，双刃滚刀刀圈外径为432mm，刀圈内径为302mm，双刃滚刀其他结构参数如表1所示。同时建立简化的岩石模型，建立的滚刀破岩岩石尺寸为200mm×200mm×50mm，双刃滚刀破岩仿真模型如....

图4滚刀设计流程

根据中南大学研究，盘形滚刀切削贯入度是其进行设计首要考虑的因素，对双刃滚刀破岩效率影响最大[7]。因此，在贯入度确定的基础上再对滚刀刃形和其他结构参数进行设计，其具体设计流程如图4所示。通过对平刃双刃滚刀在2、4、6、8、10mm不同贯入度条件下进行破岩仿真分析，不同贯入度下得....

本文编号：3921115