本研究針對(duì)上軟下硬、軟硬交替等復(fù)雜地層中（本文中簡(jiǎn)稱為土巖轉(zhuǎn)換地層）盾構(gòu)刀具易于磨損的問(wèn)題,特別是盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)滾刀磨損問(wèn)題,致力于探索如下幾個(gè)方面的滾刀磨損相關(guān)科學(xué)與工程問(wèn)題:1)滾刀磨損破壞的特點(diǎn)、影響因素以及分類問(wèn)題;2)滾刀正面連續(xù)磨損預(yù)測(cè)問(wèn)題;3)滾刀側(cè)向連續(xù)磨損過(guò)程中摩擦能與磨損質(zhì)量的轉(zhuǎn)化關(guān)系問(wèn)題;4)滾刀刀圈側(cè)向受力情況與側(cè)向力預(yù)測(cè)問(wèn)題。研究中采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證等方法對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究�；谘芯砍晒�,提出了土巖轉(zhuǎn)換地層滾刀磨損新分類方法;提出了基于摩擦能計(jì)算的滾刀正面連續(xù)磨損預(yù)測(cè)模型;提出了基于質(zhì)能轉(zhuǎn)換的滾刀側(cè)向連續(xù)磨損質(zhì)量預(yù)測(cè)模型;提出了適應(yīng)于滾刀側(cè)向脆性破壞分析的刀圈側(cè)向力計(jì)算方法。具體的創(chuàng)新成果如下:（1）分析了各類磨損的發(fā)生機(jī)理并提出了滾刀磨損新分類方法。分析不同類型滾刀磨損的出現(xiàn)位置與破壞特點(diǎn),建立了由刀圈、刀軸以及巖樣組成的顆粒模型,并對(duì)滾刀切割磨損過(guò)程進(jìn)行模擬分析。模擬結(jié)果表明:（1）正面連續(xù)磨損是由刀圈與巖樣間的滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦引起的、發(fā)生在刀圈正面的刀圈材料連續(xù)剝落現(xiàn)象;（2）正面脆性磨損是由刀圈與巖樣間沖擊荷載引起的、發(fā)生在刀圈... 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：227 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

盾構(gòu)刀盤(pán)滾刀布置圖

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文第2章土巖轉(zhuǎn)換地層滾刀磨損研究現(xiàn)狀綜述12圖2-2均勻分布于刀圈正面的滾刀磨損現(xiàn)象Fig.2-2Phenomenonofwearuniformlyoccurringonnormalsideofcutterring容易引起滾刀均磨的硬巖地層較多的是在東南、華南沿海以及西北秦嶺等地。下穿秦嶺隧道由于隧道埋深較大，開(kāi)挖面多為級(jí)或級(jí)圍巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上。趙戰(zhàn)欣[42]對(duì)蘭渝線西秦嶺特長(zhǎng)隧道打下坡段盾構(gòu)施工過(guò)程中的滾刀磨損進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表2-1所示。其中，總的換刀數(shù)平均值為33.1把，產(chǎn)生均磨的滾刀平均數(shù)為22.5把，占滾刀磨損總數(shù)接近70%。表2-1西秦嶺特長(zhǎng)隧道平均滾刀磨損統(tǒng)計(jì)Tab.2-1StatisticsofaveragecutterwearinXiqinlintunnel滾刀位置編號(hào)均磨(把)非正常磨損刀圈斷裂(把)偏磨(把)1-420.700.443-571.80.10.558-68200.88.8國(guó)外記錄均磨較多的盾構(gòu)工程多為在硬巖地層施工的輸水隧洞，常見(jiàn)于挪威、新加坡、伊朗等國(guó)。Macias[49]研究了位于挪威的一處輸水隧洞盾構(gòu)施工項(xiàng)目。盾構(gòu)開(kāi)挖面地層以花崗石、石英巖以及大理石巖為主，強(qiáng)度最高可達(dá)264MPa，且石英含量最高可達(dá)61%。在長(zhǎng)達(dá)7.0km的盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，滾刀磨損數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖2-3所示。因磨損而更換的滾刀總數(shù)達(dá)1068把，其中均磨為575把，占滾刀磨損總數(shù)的54%。

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文第2章土巖轉(zhuǎn)換地層滾刀磨損研究現(xiàn)狀綜述13051015202530354045020406080100滾刀換刀數(shù)(把)滾刀編號(hào)所有磨損均磨圖2-3挪威輸水隧洞盾構(gòu)滾刀均磨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[49]Fig.2-3StatisticsofdisccutterwearinNorwaywaterconveyortunnel[49]2.2.2偏磨偏磨與均磨最大的區(qū)別在于偏磨的磨損僅發(fā)生在刀圈的局部位置，而非沿刀圈外邊緣均勻分布，如圖2-4所示。偏磨多出現(xiàn)在開(kāi)挖面強(qiáng)度較低的松散地層。盡管盾構(gòu)刀盤(pán)在設(shè)計(jì)刀具布局時(shí)通常不考慮布置滾刀，但隨著盾構(gòu)掘進(jìn)距離的增加，盾構(gòu)掘進(jìn)地層難以保持均勻不變，導(dǎo)致盾構(gòu)施工過(guò)程中可能會(huì)先后遇到松散地層和硬巖地層。為提高盾構(gòu)機(jī)的地層適應(yīng)性，現(xiàn)代盾構(gòu)刀盤(pán)在設(shè)計(jì)時(shí)多采用滾刀與切刀同時(shí)布置的復(fù)合刀盤(pán)形式[50,51]。但由于松散地層強(qiáng)度較低，開(kāi)挖面與滾刀間的接觸摩擦無(wú)法提供足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)力驅(qū)使?jié)L刀進(jìn)行繞軸自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致磨損容易出現(xiàn)在刀圈的特定部位，并最終形成局部的滾刀磨損現(xiàn)象。圖2-4集中于局部刀圈的滾刀磨損現(xiàn)象Fig.2-4Phenomenonofwearoccurringonlocalregionofcutterring

【參考文獻(xiàn)】：
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