盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析（一）.pdfVIP

学兔兔 ll 7=i噼 鑫，嗍 钒械 一 i 盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析(一) 张照煌 (华北电力大学能源与动力工程学院) 摘 要：全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩理论是全断面岩石掘进机研制及其施工工程工期预测等的 理论基础。通过对国内外学者对盘形滚刀破岩理论研究成果的分析，总结建立这些成果所依据的模型特点 和分析方法，据此将这些模型分为经验模型、一维模型、二维模型和三维模型进行论述，国内外学者对一维 模型的研究较深入，成果也较多；对二维模型的研究次之，但也产生了相对成熟和实用的结论；对三维模型 的研究则较少，尚未建立成熟和实用的结论。 关键词：全断面岩石掘进机；盘形滚刀；破岩模型；岩石 全断面岩石掘进机 (Full Face Rock Tunnel 用理论。显然，盘形滚刀与岩石的相互作用理论不仅 Boring Machine，简称TBM)是用于水利水电隧洞、铁 是全断面岩石掘进机研制的基础理论，也是对全断 路公路交通隧道、煤矿巷道及城市地下铁道全断面 面岩石掘进机施工工程掘进参数——贯入度 (与工 施工的大型机械装备。1952年James S．Robbins研制 程工期预测有关)等预测的基础理论。因此，国内外 出世界上第1台全断面掘进机，1956年他又发明了 学者对此进行了较深入研究，从而为全断面岩石掘 硬岩掘进用的盘形滚刀【11，后又经过工程技术人员和 进机的研制和使用的发展做出了贡献。全断面岩石 学者的不断努力，TBM施工法已以其快速、优质、安 掘进机刀盘上盘形滚刀与其作业对象——岩石的相 全和经济等特点，开启了岩石质地层全断面施工的 互作用理论主要依赖3类参数——机器性能参数、 新纪元。据2O世纪末的不完全统计，国外著名TBM 岩石性能参数及其相互作用参数(机器掘进参数，如 生产厂家共生产全断面岩石掘进机600多台，完成 贯入度等)，各理论的建立因其依赖的模型不同，从 工程1 000多项，掘进总长度近5 000 km【2_3】。其中的 而确定的这3类参数之间的关系也不相同。国外学 典型工程有美国芝加哥蓄水隧洞工程、英吉利海峡 者将盘形滚刀与岩石的相互作用归纳为3种模型[51： 隧道工程、南非莱索托(Lesotho)水电站引水洞I段 1)经验模型 根据岩石性能参数和已完成工程 等工程。在国外，当隧洞长度超过3 km时，业主一般 相关数据的积累及分析建立起来的； 在标书中规定采用TBM施工。我国在上世纪90年 2)数学力学模型 根据岩石性能参数和对盘形 代，随着秦岭隧道、“引大入秦”等工程采用TBM法 滚刀切削过程的深入分析建立起来的； 施工的成功实践，TBM施工法已越来越受到重视，并 3)试验模型 根据实验室试验建立起来的模 把TBM法施工作为长大隧道工程及引输水隧洞工 型。 程施工的首选 ，如我国目前正在施工的锦屏引输水 本文综合国内外学者对TBM刀具与其作业对 隧洞工程和拟议中的南水北调西线隧洞工程等。 象相互作用研究成果的分析和总结，从数学的角度 全断面岩石掘进机设计和使用的关键理论是其 将这些研究成果分为：经验模型、一维模型、二维模 刀盘上的盘形滚刀与其作业对象——岩石的相互作 型和三维模型。其中，对一维模型、二维模型和三维 作者简介：张照煌(1963一)，男，教授，博士，研究方向：全断面隧道掘进机盘形滚刀破岩