采用ANSYS/LS-DYNA對TBM雙刃滾刀破巖過程進行動態(tài)掘進仿真和動力學分析。根據(jù)濟南R2線工程地質和TBM設備參數(shù),建立雙刃滾刀-巖石三維模型,通過對雙刃盤形滾刀不同刀刃寬度、不同貫入度進行仿真,分析雙刃滾刀受力情況,并與CMS模型對比,研究TBM雙刃盤形滾刀刀刃寬度、貫入度在破巖過程中的影響。通過分析結果表明:當雙刃滾刀貫入度在5～7 mm時,比耗能較小,對應雙刃滾刀破巖效率較高;在貫入度定值下,隨著刀刃寬度增加,側向力與滾刀破巖力隨之增加,刀刃寬度在16～20 mm時對應的破巖效率較高。通過分析雙刃盤形滾刀破巖特征,對深入研究盤形雙刃滾刀優(yōu)化設計提高破巖效率具有重要的工程價值。

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【部分圖文】：

圖1地質剖視圖

濟南R2線施工路段為穿越濟鋼新村站-彭家莊站區(qū)間，該施工段隧道埋深4.9～26.4m，最大坡度23‰，區(qū)間主要穿越粉質黏土、強風化石灰?guī)r、中風化石灰?guī)r(最大單軸抗壓強度最高為77.3MPa)、中風化泥灰?guī)r(最大單軸飽和抗壓強度11.0MPa)、強風化角礫巖、強風化泥灰?guī)r、局部....

圖2雙刃滾刀破巖機理示意圖

隨著TBM刀盤推進，當雙刃滾刀受載，滾刀刀刃切入巖石中，巖石表面開始產(chǎn)生局部變形并出現(xiàn)細微裂縫，此為巖石的初期破碎;隨著滾刀所受載荷增大，刀刃切入巖石深度隨之增加，在滾刀刀刃端的巖石粉碎，粉碎區(qū)周邊應力大于巖體的抗拉強度或抗剪強度時，便產(chǎn)生張拉裂縫，最后雙刃滾刀兩刃之間裂縫相互連....

圖3破巖仿真幾何模型

對濟南R2線施工采用的17英寸(43.18cm)雙刃平刃盤形滾刀建立雙刃滾刀模型，雙刃滾刀刀圈外徑為432mm，刀圈內(nèi)徑為302mm，雙刃滾刀其他結構參數(shù)如表1所示。同時建立簡化的巖石模型，建立的滾刀破巖巖石尺寸為200mm×200mm×50mm，雙刃滾刀破巖仿真模型如....

圖4滾刀設計流程

根據(jù)中南大學研究，盤形滾刀切削貫入度是其進行設計首要考慮的因素，對雙刃滾刀破巖效率影響最大[7]。因此，在貫入度確定的基礎上再對滾刀刃形和其他結構參數(shù)進行設計，其具體設計流程如圖4所示。通過對平刃雙刃滾刀在2、4、6、8、10mm不同貫入度條件下進行破巖仿真分析，不同貫入度下得....

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