摘要：针对新疆某输水工程所用的多种TBM刀盘,为研究不同刀盘在掘进过程中滚刀磨损差异,从现场2台TBM(4#和5#)滚刀实测磨损数据入手,利用数值归纳方法研究了刮渣斗数量、刮渣斗与紧邻滚刀夹角对滚刀磨损的影响。通过向量分析方法得到以下结论:(1)刮渣斗的布设数量对滚刀磨损的影响较为显著,刮渣斗布设多的滚刀磨损较小,刀盘设计时应多布设刮渣斗。(2)滚刀应尽量布设在紧邻前方刮渣斗处。(3)相邻刮渣斗之间布设多把滚刀时,应确保外侧滚刀紧邻前方刮渣斗布设。

摘要：为了全覆盖和实时地监测盾构滚刀的磨损量和转动情况,设计了滚刀磨损三维可视化监测系统。将电涡流传感器安装在直线滑台上测量刀圈轴向逐个切面的磨损情况;利用霍尔式磁开关传感器感受刀圈侧面磁铁信号以监测滚刀的转动状态。传感器信号经STM32L152芯片处理后由SI4432无线模块传送至上位机程序。基于电涡流传感器测距原理,提出了一种刀圈不同切面数据标定方法。通过现场传输稳定性试验和室内精度试验,验证了该监测系统能够准确检测刀圈的磨损量,实现三维可视化监测。

摘要：隧道掘进机(TBM)在硬岩地层中施工时滚刀磨损产生的成本占工程成本的比重很大,掌握滚刀磨损规律是优化滚刀设计和降低滚刀消耗的关键。调研新疆某TBM工程项目发现,在Ⅱ、Ⅲ类岩体条件下滚刀尖磨刃形比较普遍,通过连续跟踪测量滚刀磨损刀刃形状,从刃尖位置、刃口高差、刃尖高度、刃宽等角度分析滚刀磨损过程的刃形变化。结果表明,面板刀刃形演变趋势一致,刃尖偏向内侧,刃口内高外低;边刀的刃形演变则有刃尖偏向内侧与刃尖偏向外侧两种形式。通过对滚刀破岩过程进行受力状态分析,评价滚刀安装半径、安装倾角对磨损刃形的影响。通过统计滚刀磨损体积及直径磨损量发现,随安装半径的增大,中心刀磨损速率迅速减小,面板刀磨损速率整体趋于一致,边刀磨损速率则急剧增大。

摘要：TBM滚刀磨损是影响TBM掘进效率和施工成本的重要因素,不同刀刃刃形的破岩效率和磨损均会有所不同。本文对楔形弧刃滚刀的破岩机理进行了分析,建立了滚刀法向切削力计算模型,分析了滚刀刀刃角对法向切削力的影响;继而设计了3种不同刀间距、3种不同刃形滚刀,并进行了室内滚刀破岩试验。试验结果表明:刀间距15 mm为合理刀间距;尖刃滚刀最易磨损,齿刃比弧刃滚刀破岩效果好,破岩效率相对较高且耐磨损。结合工程现场实际情况,研发了一种新型齿刃楔形刀具,并应用到工程现场TBM斜井掘进。应用情况表明:新型齿刃楔形刀具比两种常规刀具的磨损量减少20%,刀具寿命有所提高。新型齿刃楔形刀具的研发和成功应用,解决了斜井TBM掘进刀具的较大磨损和频繁更换问题,为TBM长距离斜井掘进提供了技术支持,缩短了掘进工期,节约了施工成本。

摘要：全断面岩石掘进机(TBM)在硬岩、极硬岩隧道掘进过程中存在岩爆灾害、滚刀磨损、低掘进速率等典型掘进破岩难题,严重影响隧道的安全高效施工。因此,查明产生这些典型难题的原因并提出相应的对策至关重要。本文首先从岩石硬度、单轴抗压强度、岩石脆性及耐磨性等角度分析了隧道硬岩的相关特征,并阐明了其对各典型掘进破岩难题的影响规律。随后结合国内外隧道施工案例提出了相应的对策:岩爆灾害可采用岩爆监测和岩爆防控相结合的方法进行预防和治理;滚刀磨损通过优化滚刀参数、改良刀圈材料、涂覆刀圈涂层以延长其使用寿命;掘进速率低的难题可通过优化滚刀布置设计、增加刀盘推力及扭矩、增设辅助破岩手段等措施改良。最后,从TBM与隧道围岩的相互作用机理、TBM隧道施工信息化建设、TBM掘进智能控制和优化决策等方面对未来硬岩隧道的掘进提出了几点展望。

摘要：盾构隧道施工中,由于盾构刀盘后面为有压舱,刀盘工作处于“黑箱”状态。为了实时监测盾构掘进过程中刀盘滚刀及刀盘整体的工作状态,研发了一套盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统。该系统由传感器、控制与数据传输及算法与显示三个子系统组成;传感器子系统集成了自制的滚刀磨损量与转速传感器、温度传感器、数据采集模块和电源;集成的传感器安装于刀盘滚刀刀箱内,可实时监测滚刀的磨损量、转速与刀盘的温度。采集的数据通过有线或无线传输到中心端,再通过有线方式传送给上位机。上位机软件集成了盾构设计参数及隧道地层参数、盾构施工参数、传感器监测参数,可实时显示传感器采集的参数,并结合地层条件与盾构施工参数综合判定盾构刀盘工作状态,预测滚刀使用寿命。经过实验室测试、工厂测试,结果表明该系统满足设计要求,可用于盾构刀盘工作状态监测。

摘要：通过分析国内土压平衡式盾构隧道典型工程案例,对上软下硬地层近年来的施工问题和采取的主要措施统计分析,总结出土压平衡盾构在上软下硬地层中施工关键问题及其规律。结合地层特性,针对滚刀磨损问题,提出评估上软下硬地层分布情况及盾构施工地质适应性问题的方法;同时,对盾构机掘进过程中的盾构推力、刀盘扭矩、贯入度变化监测统计,通过比推力及比扭矩指标变化实现对地质变化的预判,提出调整措施。结合实际工程,当盾构在上软下硬地层掘进时,通过评估地层分布,进行针对性的施工预判调整,能有效降低滚刀受冲击荷载的影响,避免盾构产生过快磨损,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。

摘要：近年盾构机已经成为道路交通建设和资源开发不可缺少的重要装备。而盾构机滚刀磨损快,造价昂贵,一旦其刀圈磨损失效就需要及时更换,否则就会影响施工效率给工程带来更大损失。本文提出利用涡流传感器检测盾构机滚刀刀圈磨损状态。利用COMSOL仿真软件建立了滚刀刀圈模型和涡流线圈模型,仿真分析涡流线圈内外径和线圈匝数对滚刀磨损检测中刀圈磁场分布的影响,根据仿真结果优化了传感器的设计;实验验证仿真设计的线圈输出电压线性范围大,且灵敏度高。理论上系统灵敏度能够达到0.25V/mm,分辨力为0.0012mm。

摘要：刀盘的强度、刚度、稳定性是基础,刀盘的切削和耐磨能力则是最主要的能力。刀盘主要的开挖功能要满足切削和耐磨能力的需求,同时考虑顺利出渣及开口的关系等综合因素对刀盘进行设计和制造,以满足对工程的适应性和耐久性。而刀盘上刀具配置的重点是滚刀,合理的刀具配置可以使刀盘的开挖能力大大提高,通过科学的滚刀选型和使用管理可以使盾构施工效率大大提高。