| 基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标 |
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| 引用本文： | 闫长斌,李高留,陈健,李严,杨延栋,杨风威,杨继华.基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标[J].岩土力学,2023(4):1153-1164. |
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| 作者姓名： | 闫长斌 李高留 陈健 李严 杨延栋 杨风威 杨继华 |
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| 作者单位： | 1.郑州大学水利与土木工程学院450001;2.中国铁建水下隧道工程实验室250101;3.中铁隧道局集团盾构及掘进技术国家重点实验室450001;4.黄河勘测规划设计研究院有限公司450003; |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金(No.41972270,No.U1504523)；水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹)研究基金(No.2022-SYSJJ-06)；盾构及掘进技术国家重点实验室开放课题(No.SKLST–2019–K06)。 |
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| 摘 要： | 岩碴是岩-机作用的直接产物，也是评价隧道掘进机（TBM）破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程，开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验，得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论，从滚刀破岩能量转化角度出发，提出了一种新的TBM破岩效率评价指标。基于岩碴粒径分布规律和TBM掘进参数统计，探讨了新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数之间的关系，指出了新表面理论指标在反映岩碴破碎程度和评价TBM破岩效率方面的优势。对新表面理论指标与TBM掘进推力以及刀间距s与贯入度p的比值进行回归分析，得到了硬岩（围岩等级为Ⅱ级）和软岩（围岩等级为III级）掘进条件下的TBM最优掘进推力和s/p取值区间。研究表明：（1）新表面理论指标符合岩石破碎学原理，可准确评价TBM破岩效率。岩碴越是破碎，新表面理论指标越大，掘进能耗越高，此时TBM破岩效率相对较低。（2）新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数均具有良好的线性相关关系。岩碴越是破碎，破碎单位体积岩石的能量消耗越大，新表面理论指标越大，对应的粗糙度指数越小。软岩掘进条件下TBM掘进比能低于硬岩，而岩碴破碎程度高于硬岩。（...
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| 关 键 词： | 隧道掘进机(TBM) 岩碴 能量转化 新表面理论 粗糙度指数 比能 掘进推力 刀间距与贯入度的比值(s/p) |
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