《三高環境下TBM刀盤破岩機理與設計方法研究》是依託中南大學，由夏毅敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三高環境下TBM刀盤破岩機理與設計方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：夏毅敏
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全斷面硬岩隧道掘進機（TBM）是當前我國重大工程急需的關鍵裝備。刀盤是影響TBM掘進性能的決定性因素，也是TBM設計的關鍵和難點。由於目前對複雜地質下刀盤破岩機理認識不足，致使刀盤地質適應性匹配較差，從而造成TBM整機劇烈振動、刀盤刀具嚴重磨損、甚至設備完全損壞等重大工程問題。針對上述難題，本項目擬採用理論分析、實驗測試和工程檢驗相結合的方法，對地質參數和圍岩屬性進行分析，基於TBM刀群破岩機理，研究刀盤系統在複雜地質環境掘進時破岩阻力形成、分布與傳遞規律以及衝擊載荷作用下刀盤系統振動產生機理、刀盤疲勞損傷特性和盤形滾刀失效機理，在此基礎上以刀盤切削性能、載荷分布均衡性和動力學穩定性為目標建立刀盤系統多參數耦合設計模型，提出一套完整的刀盤系統地質適應性設計理論與多層次指標刀盤性能評價方法，實現刀盤系統整體性能最佳化設計。
結題摘要
由於目前對複雜地質下刀盤破岩機理認識不足，導致刀盤地質適應性匹配能力差，刀盤刀具損耗嚴重。本項目從刀盤滾刀群破岩真實工況出發，系統地研究了刀盤系統破岩阻力的形成、分布以及傳遞規律，建立了一種刀盤綜合性能評價方法，具體主要包括以下方面： 1、研究了多滾刀組合切削下岩石內部裂紋擴展規律和破碎模式，確定了岩石破碎機理為壓剪張拉綜合破碎。建立了滾刀群載荷預測模型，分析了刀盤掘進載荷分布規律以及多參數綜合互動作用對其的影響顯著性程度。 2、通過刀圈岩石對摩實驗，揭示了刀圈磨損機理，建立了滾刀刃型磨損預測模型，確定了刀圈硬度、衝擊韌性的匹配規律。建立了刀圈成形和熱處理工藝數值模型，最佳化了刀圈製造工藝。 3、建立了滾刀-刀座系統載荷傳遞動力學模型，分析了脈衝動載下刀座系統動態回響特性。研究了不同岩石和刀盤參數等對刀盤系統振動的影響規律，揭示了振動在刀盤系統中的傳遞規律。 4、建立了滾刀地質適應性結構最佳化和布置模型，提出了刀盤出碴系統結構最佳化設計方法。研究了盤體結構參數對刀盤靜動態性能的敏感程度及影響規律。建立了TBM刀盤性能評價指標體系和梯階層次結構評價模型，並利用TOPSIS和灰色關聯度法對刀盤結構性能進行綜合決策。
