[发明专利]全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法

说明书

本发明公开了一种全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法，包括：确定刀盘掘进推力和确定刀盘掘进扭矩两部分内容，本发明中刀盘掘进推力和刀盘掘进扭矩随岩石单轴抗压强度按比例变化，随贯入度和刀盘直径按幂函数变化。对于刀盘掘进推力贯入度和刀盘直径的幂指数的加和为2；对于刀盘掘进扭矩，贯入度和刀盘直径的幂指数的加和为3。从本质上揭示了刀盘掘进载荷与各类参数的关系，可计算出整个掘进工程中全断面岩石掘进机在不同地质条件和操作状态下的刀盘掘进载荷；本发明为硬岩掘进装备驱动及传动系统的设计提供基础数据，同时也可为施工过程中推力参数、扭矩参数的设定和实时调整提供依据。

技术领域

本发明属于硬岩隧道掘进装备的设计制造与施工技术，具体涉及一种全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法。

背景技术

全断面岩石掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine，简记为TBM)是集机械、测控、液压、电工电子、计算机等高新技术于一体，用于开挖地下通道工程的大型专用工程装备。由于其快速、优质、安全、经济和环保的优点，TBM在我国市政、交通、矿山、水利水电等隧道工程中的应用迅猛增长。刀盘装配在装备的最前方，是TBM的直接掘进部件，刀盘掘进载荷的确定是TBM设计及施工环节的核心技术之一。一方面，在装备动力系统的正向设计中需要依据施工地质、隧道直径等给出刀盘掘进载荷的预估值；另一方面，在施工过程中需依据操作参数、施工环境等对刀盘掘进载荷进行实时调整，若载荷控制不当，则可能导致装备损坏、引发重大灾害事故。刀盘掘进载荷与地质条件、装备结构以及操作状态等因素均密切相关，不同工程间的载荷值差别很大。目前，全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定尚缺乏快速有效的手段，因此早已成为本行业之急需。

发明内容

本发明的目的是，提出一种全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法，为硬岩掘进装备的动力系统设计及现场施工控制提供依据。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法，包括：确定刀盘掘进推力F和确定刀盘掘进扭矩T两部分内容，其中，F＝0.147CP^aD^b，T＝8.733μCP^cD^d，C为岩石单轴抗压强度，P为贯入度，D为刀盘直径，μ为刀盘与岩石之间的摩擦系数，a＝0.0～1.0，b＝1.0～2.0，c＝0.0～1.5，d＝1.5～3.0，且a+b＝2，c+d＝3。

优选的是：a＝0.73，b＝1.27，c＝1.39，d＝1.61。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中各公式均采用无量纲形式，便于应用，且从本质上揭示了刀盘掘进载荷与各类参数的关系；应用此方法可快速准确的确定全断面岩石掘进机的刀盘掘进载荷。由于综合考虑了地质参数、操作参数和结构参数等核心因素对刀盘掘进载荷的影响，因而计算结果准确可靠。并且，能随时根据施工地质与操作状态的改变灵活调整掘进载荷参数，为全断面岩石掘进机动力系统的设计以及施工过程中操作参数的设定与实时调整提供了可靠的依据。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明的设计思路是：刀盘掘进载荷(包括刀盘掘进推力和刀盘掘进扭矩)随岩石单轴抗压强度按比例变化，随贯入度和刀盘直径按幂函数变化。本发明中，对于刀盘掘进推力，贯入度和刀盘直径的幂指数的加和为2；对于刀盘掘进扭矩，贯入度和刀盘直径的幂指数的加和为3。

本发明提出的一种全断面岩石掘进机刀盘掘进载荷的确定方法，包括：

(1)确定刀盘掘进推力F：

F＝0.147CP^aD^b