TBM三滚刀协同线性切割和回转切割破岩数值模拟

翟淑芳; 杜红坤; 田浩; 李康; 王艺涵

doi:10.13705/j.issn.1671-6833.2025.03.006

郑州大学学报（工学版） ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (06) : 118 -126. DOI: 10.13705/j.issn.1671-6833.2025.03.006

TBM三滚刀协同线性切割和回转切割破岩数值模拟

翟淑芳, 杜红坤, 田浩, 李康, 王艺涵

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摘要

全断面隧道掘进机TBM掘进过程中刀盘上的盘型滚刀存在协同破岩过程。为了研究滚刀协同破岩对TBM破岩效率的影响，采用有限元数值模拟方法，分析了三滚刀线性切割协同破岩和回转切割协同破岩对TBM破岩效率的影响。根据临空面数量将三滚刀协同破岩划分为同次破岩、顺次破岩、由内向外破岩、由外向内破岩4种模式，结果表明：有两个临空面的由外向内破岩的破岩滚动力、法向力以及比能的整体趋势均最小，即4种破岩模式中由外向内破岩效率最高；当刀间距与贯入度的比值为30时，滚刀破岩比能最小，破岩效率最高；滚刀线性切割试验数据向回转切割试验数据转化时，滚动力和比能的换算系数均为1.35,法向力的换算系数为0.87。该结论为TBM运行过程中操作参数的设置以及刀盘的设计提供了理论依据。