基于岩渣粒径分布规律的TBM刀具消耗分析

作     者：闫长斌 樊明辉 陈馈 杨延栋 张兵 杨继华 YAN Changbin;FAN Minghui;CHEN Kui;YANG Yandong;ZHANG Bing;YANG Jihua

作者机构：郑州大学土木工程学院河南郑州450001 盾构及掘进技术国家重点实验室河南郑州450001 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(41972270) 河南省重点研发与推广专项资助项目(182102210014) 盾构及掘进技术国家重点实验室开放基金资助项目(SKLST-2019-K06) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第12期

页      码：4216-4227页

摘      要：岩渣是TBM掘进过程中岩机作用的直接产物,其粒径分布规律是进行TBM地质适应性、掘进效率和刀具消耗评价的重要指标。针对刀具消耗评价问题,结合兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工,对TBM在不同岩体条件中掘进时产生的岩渣进行了现场量测与筛分试验,并对实测岩渣粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。对TBM掘进过程中刀具消耗规律进行了分析总结,探讨了不同岩体条件下TBM刀具消耗规律与岩渣粗糙度指数、岩渣颗粒级配系数以及岩渣粒径分组比例等参数之间的相关关系。研究结果表明:①刀具消耗与岩体地质条件密切相关,岩石强度越高,耐磨性越强,刀具消耗越大,Ⅱ类和Ⅳ类围岩中TBM刀具消耗明显高于Ⅲ类围岩;滚刀直径对刀具消耗有一定影响,采用大直径滚刀可降低同等围岩条件下的刀具消耗;②不同岩性条件下岩渣粒径分布不均匀,总体上属于级配良好,符合Rosin-Rammler函数,可采用Rosin-Rammler函数进行岩渣粒径分布参数计算;③刀具消耗与岩渣曲率系数的相关性不明显,与不均匀系数存在较好的二次函数关系,相关系数为0.875;④刀具消耗与岩渣粗糙度指数存在较显著的二次函数关系,相关系数为0.87,当岩渣粗糙度指数大于430时,岩渣粗糙度指数越高,TBM掘进效率越高,刀具消耗越小;⑤刀具消耗与岩渣几何平均粒径、R-R函数平均粒径呈正相关性,相关系数为0.84;⑥刀具消耗与岩渣形状含量比例之间密切相关。硬岩片状岩渣含量多时,刀具消耗较小,当片状岩渣含量大于40%时,刀具消耗降低速率加快;而块状与粉状岩渣多时,刀具消耗较大,当块状岩渣含量大于40%时,刀具消耗增加速率增高。研究成果建立了TBM刀具消耗与岩渣粒径分布规律之间的有效联系。

主 题 词：TBM施工 刀具消耗 岩渣 粒径分布 Rosin-Rammler函数 粗糙度指数 颗粒级配 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2019.1474

馆 藏 号：203101726...