基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标 |
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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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