[发明专利]一种隧道掘进机滚刀达到磨损极限可掘进距离预估方法

说明书

本发明公开了一种隧道掘进机滚刀达到磨损极限可掘进距离预估方法，结合地质勘测和施工路段岩石取样，采用ATA‑IGGI岩石磨蚀伺服实验仪测量不同岩样区间段滚刀材料磨损率，并建立刀盘不同安装位置盘形滚刀径向磨损量与滚刀材料磨损率，盘形滚刀半径和刀刃宽度，盘形滚刀安装位置，盘形滚刀垂直力，施工路段岩样分布距离，刀盘转速和推进速度之间的关系。本发明结合盘形滚刀刀圈失效标准预估盘形滚刀可掘进距离，从而为盾构掘进机施工中滚刀磨损判断与换刀提供参考。

技术领域

本发明涉及隧道掘进机施工技术领域，具体涉及一种隧道掘进机滚刀达到 磨损极限可掘进距离预估方法。

背景技术

隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)是一种隧道施工的大型高科技装 备。隧道掘进机在掘进过程中，主要靠滚刀与岩石相互作用对岩石进行滚压破 碎。在施工过程中，刀具是消耗最多的掘进部件，刀具的磨损程度直接关系到 掘进效率和经济效益。然而，在隧道掘进机掘进过程中，复杂多变的地质环境 使滚刀破岩过程极为复杂，同时虽有一些滚刀磨损传感器检测滚刀磨损技术， 但由于施工工况复杂及传感器安装困难等因素目前尚未形成成熟的滚刀磨损检 测技术。岩石的磨蚀性是影响滚刀磨损的一个极重要因素。因此，通过建立磨 蚀性与滚刀磨损关系预估滚刀磨损情况，为盾构施工提供参考，合理的提高施 工进度和节约施工成本。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种隧道掘进机滚刀达到磨损极限可掘进距离 预估方法，实现刀盘不同安装位置上盘形滚刀可掘进距离的预估，从而为隧道 掘进机在施工中滚刀磨损的判断和换刀提供参考。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种隧道掘进机滚刀达到磨损极限可掘进距离预估方法，包括以下步骤：

步骤1，通过现场地质勘测和地质取样，确定隧道施工路段岩样分布区间和 区间段距离；

步骤2，将岩样加工为磨蚀实验标准形状和尺寸的标准岩样；

步骤3，通过ATA-IGGI岩石磨蚀伺服实验仪进行磨蚀实验，计算不同岩样 下滚刀材料磨损率；

步骤4，利用磨蚀性与滚刀磨损量关系，计算各岩样区间段滚刀径向磨损量；

步骤5，对各岩样区间段滚刀径向磨损量求和，根据结果判断滚刀是否达到 磨损极限并确定滚刀达到磨损极限岩样区间段；

步骤6，计算滚刀达到磨损极限岩样区间段滚刀可掘进距离；

步骤7，计算已掘进岩样区间段和滚刀磨损极限岩样区间段可掘进距离之 和，预估滚刀达到磨损极限掘进距离。

优选的，步骤4中所述磨蚀性与滚刀磨损量关系如下：

I_i为滚刀材料磨损率，W_i为滚刀每转1圈摩擦力做功，R₀为盘形滚刀半径， T₀为盘形滚刀刀刃宽度，L_i为所取岩样区间段长度，n_i为所取岩样区间段刀盘转 速，v_i为所取岩样区间段隧道掘进机推进速度，R_j为盘形滚刀在刀盘上的安装半 径。

优选的，步骤5中的判断步骤如下：

滚刀径向磨损量报废标准为X_b，根据滚刀报废磨损标准预估滚刀达到磨损 报废所在岩样区间段，

若在k段滚刀径向磨损量之和∑X_k首次大于滚刀径向磨损量报废标准X_b， 可以判断滚刀在该岩样分布路段滚刀磨损报废，该岩样区间段滚刀磨损至报废 径向磨损量为X_y，