發(fā)布時間：2018-11-28 07:24

【摘要】：硬巖掘進機作為一種長隧洞快速施工的先進設(shè)備其最大的優(yōu)點就是快速、優(yōu)質(zhì)、安全和經(jīng)濟,尤其有較鉆爆法無可比擬的掘進速度。隨著越來越多的工程項目需要在相對較硬的巖層中施工,硬巖掘進機的使用和發(fā)展具有廣闊的市場前景,對掘進機的設(shè)備性能提出了更高的要求,尤以滾刀的性能和耐用度提出了更高的性能要求。巖石破碎的效率與難易程度是影響工程的施工進度的主要因素,而滾刀的消耗占硬巖掘進施工成本的主要部分,滾刀的更換是掘進機停機的一大主要原因,減少滾刀的磨損和破損,提高滾到的耐用度,對于減少工程成本提高工程施工的效率尤為重要。本文在國內(nèi)第一次采用工業(yè)試驗的方法對TBM盤形滾刀破碎巖石的機理及影響破巖力的因素進行了試驗研究,采用理論分析方法與高速攝影技術(shù)、計算機仿真技術(shù)和工業(yè)試驗相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了滾刀破碎巖石的機理、滾刀破碎巖石時的破巖力和各掘進參數(shù)下的破巖力和破巖量問題,運用微觀的仿真模擬完成對滾刀破碎巖石的宏觀分析,建造了國內(nèi)第一臺滾刀破巖與耐磨實驗平臺,并進行了大量不同掘進參數(shù)的切割試驗,采用試驗數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式,分析各掘進參數(shù)下破巖力和破巖量的影響,為施工掘進參數(shù)選擇提供依據(jù)。本文主要研究工作與取得的成果如下：1、通過對盤形滾刀破碎巖石過程的機理分析,修正巖石材料的失效準則和破壞模型,以更加滿足掘進機施工實際情況；采用RFPA真實過程破裂分析系統(tǒng),建立了單把、雙把和三把滾刀破碎巖石機理模型并對其進行了巖石的破碎過程分析；運用高速攝像機技術(shù),對單把和雙把滾刀破碎巖石的過程進行微觀和宏觀的試驗分析,得出巖石的破壞過程包括初始變形、微裂紋產(chǎn)生、擴展和分離等。2、在對盤形滾刀破碎巖石的機理深入研究之上,對滾刀和刀盤的受力控模型提出合理簡化,運用Autodyn顯示動力方法建立盤形滾刀破巖過程的有限元模型,動態(tài)模擬了滾刀對巖體周邊的擾動情況以及滾刀的受力特性和切割特性；對滾刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)和地質(zhì)條件等對巖石破碎的影響進行分析,從微觀角度揭示了滾刀作用下巖石破碎機制和影響規(guī)律。3、建立了盤形滾刀破巖與耐磨實驗平臺,通過試驗方法分析了盤形滾刀破巖運動中由于巖石的不均質(zhì)性導致的位移偏移情況,并對比分析了掘進參數(shù)對破巖軌跡偏移的影響規(guī)律；分析了各掘進參數(shù)對破巖力的顯著性影響,得出貫入度對破巖力的影響較大,切割速度影響裂紋的擴展速度,刀間距直接影響碎塊的大小,得到針對花崗巖切割的最優(yōu)水平和最優(yōu)組合。4、運用試驗的方法,針對貫入度、切割速度、刀間距等掘進參數(shù),進行了不同組合的單因素仿真與試驗分析,分析了破巖時各向破巖力、破巖量、巖石表面形貌、巖石碎塊的形狀與大小等指標隨不同切割因素的變化規(guī)律,確定了針對花崗巖的最優(yōu)貫入度、切割速度和刀間距等優(yōu)化值；通過工程數(shù)據(jù),分析了不同地質(zhì)條件下最大月掘進尺,從理論和試驗上保證了在恒定推力下日最大掘進量。5、在正交試驗和單因素試驗的基礎(chǔ)之上,進行盤形滾刀耐磨性分析,分析滾刀的使用壽命,分析得出滾刀磨損量與切割長度或切割時間之間的關(guān)系；分析了引洮工程中滾刀的更換頻率,得出滾刀的布置對滾刀磨損的影響規(guī)律,建立了滾刀磨損預測模型,合理分析確保新工程期內(nèi)無需換刀。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U455.31

【參考文獻】

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本文編號：2362215