發(fā)布時間：2018-11-28 07:24

【摘要】：硬巖掘進(jìn)機(jī)作為一種長隧洞快速施工的先進(jìn)設(shè)備其最大的優(yōu)點(diǎn)就是快速、優(yōu)質(zhì)、安全和經(jīng)濟(jì),尤其有較鉆爆法無可比擬的掘進(jìn)速度。隨著越來越多的工程項(xiàng)目需要在相對較硬的巖層中施工,硬巖掘進(jìn)機(jī)的使用和發(fā)展具有廣闊的市場前景,對掘進(jìn)機(jī)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(jìn)度的主要因素,而滾刀的消耗占硬巖掘進(jìn)施工成本的主要部分,滾刀的更換是掘進(jìn)機(jī)停機(jī)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(yàn)的方法對TBM盤形滾刀破碎巖石的機(jī)理及影響破巖力的因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究,采用理論分析方法與高速攝影技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)和工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了滾刀破碎巖石的機(jī)理、滾刀破碎巖石時的破巖力和各掘進(jìn)參數(shù)下的破巖力和破巖量問題,運(yùn)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(shí)驗(yàn)平臺,并進(jìn)行了大量不同掘進(jìn)參數(shù)的切割試驗(yàn),采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式,分析各掘進(jìn)參數(shù)下破巖力和破巖量的影響,為施工掘進(jìn)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(jī)理分析,修正巖石材料的失效準(zhǔn)則和破壞模型,以更加滿足掘進(jìn)機(jī)施工實(shí)際情況；采用RFPA真實(shí)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(jī)理模型并對其進(jìn)行了巖石的破碎過程分析；運(yùn)用高速攝像機(jī)技術(shù),對單把和雙把滾刀破碎巖石的過程進(jìn)行微觀和宏觀的試驗(yàn)分析,得出巖石的破壞過程包括初始變形、微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展和分離等。2、在對盤形滾刀破碎巖石的機(jī)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(yùn)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(jìn)行分析,從微觀角度揭示了滾刀作用下巖石破碎機(jī)制和影響規(guī)律。3、建立了盤形滾刀破巖與耐磨實(shí)驗(yàn)平臺,通過試驗(yàn)方法分析了盤形滾刀破巖運(yùn)動中由于巖石的不均質(zhì)性導(dǎo)致的位移偏移情況,并對比分析了掘進(jìn)參數(shù)對破巖軌跡偏移的影響規(guī)律；分析了各掘進(jìn)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(kuò)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(yùn)用試驗(yàn)的方法,針對貫入度、切割速度、刀間距等掘進(jìn)參數(shù),進(jìn)行了不同組合的單因素仿真與試驗(yàn)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(biāo)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(jìn)尺,從理論和試驗(yàn)上保證了在恒定推力下日最大掘進(jìn)量。5、在正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,進(jìn)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(yù)測模型,合理分析確保新工程期內(nèi)無需換刀。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U455.31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2362215