【摘要】：全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)在隧道建設(shè)、采煤采礦等工程中廣泛使用。隨著我國大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),硬巖掘進(jìn)機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程也越來越快,但是由于技術(shù)封鎖等原因,在此方面可見的技術(shù)成果非常有限,因此,建立我國自主的硬巖掘進(jìn)機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)理論體系顯得越來越重要。本文在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,開展了針對(duì)TBM刀盤的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)研究,主要包括了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:為研究刀盤設(shè)計(jì)過程中刀盤載荷與地質(zhì)參數(shù)、掘進(jìn)參數(shù)之間復(fù)雜的耦合作用關(guān)系,基于CSM(Colorado School of Mines)模型的滾刀受力載荷模型,建立了新的滾刀受力載荷模型。以此模型為基礎(chǔ),研究了滾刀尺寸參數(shù),地質(zhì)參數(shù),掘進(jìn)參數(shù)(貫入度)對(duì)滾刀受力的影響。通過建立了整體的刀盤受力載荷模型,研究了滾刀在刀盤上載荷分布情況、刀盤上不同區(qū)域滾刀破巖比能情況。通過比能和場掘進(jìn)指數(shù)兩組指標(biāo),確定了掘進(jìn)參數(shù)對(duì)掘進(jìn)效率的影響,即在額定功率允許的條件下,大貫入度掘進(jìn)有利于提高破巖效率。在滾刀受力的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了刀盤總推力和總轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式,計(jì)算了刀盤在不同地質(zhì)條件下刀盤的推力和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)范圍,建立了刀盤的可掘進(jìn)性模型。推導(dǎo)了刀盤偏心距的計(jì)算公式,建立了刀盤的載荷均衡性模型。推導(dǎo)了刀盤在分層地質(zhì)條件下刀盤破巖時(shí)的推力轉(zhuǎn)矩波動(dòng)模型,建立刀盤的動(dòng)載穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型,并研究了米字型刀盤和螺旋形刀盤在某種地質(zhì)下的推力波動(dòng)情況。以秦嶺隧道TB880E刀盤為例,根據(jù)第二章建立的刀盤受力預(yù)測模型,計(jì)算了秦嶺特定地質(zhì)條件下刀盤受力情況,并與現(xiàn)場記錄的掘進(jìn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)對(duì)比,驗(yàn)證模型的可靠性。為研究掘進(jìn)過程中推力與轉(zhuǎn)矩設(shè)定關(guān)系,建立了滾刀轉(zhuǎn)矩與推力比值和掘進(jìn)貫入度的關(guān)系的預(yù)測模型,為刀盤掘進(jìn)施工參數(shù)提供有效參考。通過與滾刀受力與磨損情況對(duì)比,提出了分區(qū)域分原則布刀的滾刀布置準(zhǔn)則,即在刀盤內(nèi)圈以滾刀受力為主要布刀原則,外圈以磨損量均等為主要布刀原則。
【圖文】：

2012 年在深圳舉辦的城市軌道交通發(fā)張國際安全論壇上提到，90 年代后，中國城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，，最近十年以來建成 60 多條線路，約 1750 多公里的運(yùn)輸軌道。在下一個(gè)十年，將建設(shè) 2200-2500 公里的隧道，青島和大連之間即將開工建設(shè)的海底隧道長約 134 公里，建成后使得其間的通車距離縮短到 40分鐘。中國進(jìn)二十幾年的軌道交通發(fā)展，走過了發(fā)達(dá)國家 100 年的發(fā)展歷程，軌道交通的技術(shù)裝備領(lǐng)域也取得了技術(shù)突破，從原來的完全依賴進(jìn)口向自主化、國產(chǎn)化的方向發(fā)展[1]。當(dāng)前，我國已經(jīng)是世界上最大的隧道掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用市場以及制造基地，隨著國內(nèi)城市軌道交通、采礦等工程的高速建設(shè)，我國的掘進(jìn)機(jī)市場也將迎來爆發(fā)性增長。由于隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)完全是根據(jù)施工環(huán)境（基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、地貌、地面建筑物等特征）和客戶需求進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和制造。對(duì)制造企業(yè)的設(shè)計(jì)及制造水平，管理水平要求較高，因此，硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)機(jī)械行業(yè)已經(jīng)成為國內(nèi)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和高端裝備制造業(yè)和重點(diǎn)支持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。圖 1-1 為隧道掘進(jìn)機(jī)貫穿隧道時(shí)刻。圖 1-2 為我國自主設(shè)計(jì)的煤礦斜井 TBM。

圖 1-2 煤礦斜井 TBMFigure 1-2 TBM in mine隧道掘進(jìn)機(jī)是裝備制造業(yè)的標(biāo)志性產(chǎn)品，集機(jī)、電、液、測控、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，可實(shí)現(xiàn)巖體破碎、碴土運(yùn)輸、襯砌支護(hù)、導(dǎo)向糾偏等掘進(jìn)過程的工廠化作業(yè)，具有安全、高效、快速、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上最先進(jìn)的隧道工程施工設(shè)備[2]。通常把隧道掘進(jìn)機(jī)按其開挖巖土類型分為兩大類，一類是硬巖掘進(jìn)機(jī)，即通常所說的 TBM（圖 1-3(a)所示）；另一類為軟土掘進(jìn)機(jī)，通常簡稱為盾構(gòu)機(jī)或盾構(gòu)（圖 1-3 (b) 所示）。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U455.39

【參考文獻(xiàn)】

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1 霍軍周;楊靜;孫偉;張旭;;TBM刀盤支撐筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及靜動(dòng)態(tài)特性分析[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2014年07期

2 李楊;;TBM刀盤設(shè)計(jì)綜述[J];建筑機(jī)械;2013年11期

3 ZHANG Zhaohuang;MENG Liang;SUN Fei;;Design Theory of Full Face Rock Tunnel Boring Machine Transition Cutter Edge Angle and Its Application[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2013年03期

4 李剛;于天彪;費(fèi)學(xué)婷;王宛山;;一種基于CSM模型的TBM刀盤比能預(yù)測方法[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年12期

5 N. Innaurato;C. Oggeri;P. Oreste;R. Vinai;;Laboratory tests to study the influence of rock stress confinement on the performances of TBM discs in tunnels[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2011年03期

6 李震;霍軍周;孫偉;郭麗;何恩光;;全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)主參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2011年01期

7 霍軍周;史彥軍;滕弘飛;柴榮峰;張麗華;;全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀具布置設(shè)計(jì)方法[J];中國機(jī)械工程;2008年15期

8 張照煌,葉定海,趙慶玉;巖石掘進(jìn)機(jī)刀具間距的確定及分析[J];工程機(jī)械;2002年11期

9 彭道富;西康鐵路秦嶺特長隧道Ⅰ線出口段TBM施工[J];現(xiàn)代隧道技術(shù);2001年06期

10 張照煌;掘進(jìn)機(jī)刀盤上盤刀布置規(guī)律的探討[J];工程機(jī)械;1996年07期

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1 李林;基于可靠性的TBM刀盤輕量化設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2010年

2 裴瑞英;盾構(gòu)機(jī)刀具磨損與布局問題分析研究[D];天津大學(xué);2009年

3 喬永立;全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)盤形滾刀布置規(guī)律的研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2009年

本文編號(hào)：2558042