激光间歇钻孔辅助TBM滚刀侵入花岗岩试验研究

作     者：聂雄 张康成 陈振宇 彭赐彩 林赉贶 张魁 NIE Xiong;ZHANG Kangcheng;CHEN Zhenyu;PENG Cicai;LIN Laikuang;ZHANG Kui

作者机构：中铁山河工程装备股份有限公司广东广州511400 湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105 长城信息股份有限公司湖南长沙410100 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 

出 版 物：《隧道建设（中英文）》 (Tunnel Construction)

年 卷 期：2024年第44卷第10期

页      面：2041-2048,I0005-I0012页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51704256) 湖南省科技创新计划项目(2021RC2094) 湖南省教育厅优秀青年项目(22B0127) 

主　　题：TBM 激光钻孔 滚刀 侵岩试验 

摘      要：针对隧道掘进机(TBM)掘进高承载压力、高强度、高石英含量等极端地层时盘型滚刀(简称滚刀)磨损严重导致其综合切削性能低下等问题,提出一种激光辅助破岩模式用于提高滚刀破岩效率;并以激光间歇钻孔辅助缩尺滚刀侵入花岗岩为例,设置测试组(预制激光孔)与对照组(无预制激光孔),进行给定孔-孔距为2 mm时不同刀-孔距的滚刀侵入岩石试验。通过对比2组中岩石的宏观碎裂、岩石碎裂负荷和比能(E_(SE))分析岩屑质量、破碎过程中滚刀所受垂直力以及耗能情况,讨论该方法的可行性和有效性。结果表明:1)破岩量随着刀-孔距的增大呈现出先增加后减小的趋势,在刀-孔距为5 mm时破岩量最大;2)在侵入深度为3 mm时,垂直力随着刀-孔距增加大致呈现出先减小后增大的趋势,在刀-孔距大于5 mm后,滚刀垂直力变化不大;3)E_(SE)随着刀-孔距的增加出现先下降后上升的趋势,其中刀-孔距为5 mm时E_(SE)最低。