[发明专利]一种双刀直线式TBM破岩试验台

说明书

本发明公开了一种双刀直线式TBM破岩试验台，属于隧道破岩试验技术领域，解决了传统技术中无法同时做到刀间距调节、高速切削破岩、待切削岩体表面与真实掌子面竖直平行、自动掉渣的问题，其包括驱动传动模块，所述驱动传动模块，所述驱动传动模块连接有刀箱模块，所述刀箱模块的一侧设置有支撑模块，另一侧设置有岩箱模块，所述刀箱模块在切削时与所述支撑模块贴合，实现了多把刀之间的组合破岩，全方位、多角度采集试验信号及刀具磨损形貌，缩短新型滚刀研制周期的技术效果。

技术领域

本发明属于隧道破岩试验技术领域，具体涉及一种双刀直线式TBM破岩试验台。

背景技术

盾构机是一种专门用于地下隧道工程开挖的大型高科技施工设备，在盾构施工过程中，刀具磨损研究对于盾构机顺利掘进以及减少成本具有重要意义。盾构滚刀及切刀是刀盘破岩的主要刀具，滚刀刀圈属于易损易消耗的部件，破岩时直接作用于开挖面，具有工作环境恶劣、工作荷载不稳定、受荷载冲击大等特点，其耗损和寿命直接影响着掘进的质量、效率和成本。同时，切刀在掘进过程中也会存在相当大的磨损。因此，对滚刀和切刀磨损机理研究尤为重要。

TBM向前推动时先旋转刀盘，待达到预定速度慢慢推进接触岩石，因此在刀盘边缘刀具与岩石初接触时相对速度已达到一个较高值约2000mm/s左右，且会产生巨大的冲击力。

在施工过程中，由于安装在刀盘边缘的刀具与岩石接触时间、距离更长，边缘刀具磨损往往更为严重。在盾构/TBM刀具破岩、磨损的试验台研究中有直线式和回转式两种形式。由于盾构刀盘的直径可达6～10m且现在刀盘的大直径化发展，位于其边缘的刀具切割岩石的部分轨迹更近似于直线，因此盾构刀具试验台中的直线式试验台模拟位于刀盘边缘位置的刀具更有优势。

近年来国内各大高校和科研院所加大了对盾构刀具设计、选用的研究投入和力度，其中借助TBM滚刀线切割试验台开展破岩试验研究是选用滚刀和设计TBM刀盘的重要途径和手段。目前已取得的结论为：无论滚刀还是切刀，其主要磨损机理皆为磨粒磨损。然而，由于现有标准线切割试验台在模拟破岩过程上的局限性：线性切割试验台皆为立式结构(立式结构会使岩渣无法自动掉落而大大干扰实验效果)，无法模拟出与掘进工况相接近的TBM滚刀破岩过程，且所有试验台最大切削速度不超过100mm/s。换而言之，现有TBM标准线切割试验台无法开展贴近实际工况下的盾构刀具直线滚压破岩试验。

目前美国科罗拉多矿业大学、国内中南大学、北京工业大学、天津大学等高等院校对盾构刀具切削岩石进行了研究。在其研究中使用了线性切割试验台，该试验台为双刀具支座，其中刀具支座沿双向可滑动，便于在不同位置固定，这样即可进行单刀具的线性切割试验，同时也可完成不同时序双刀具破岩的研究，但该装置采用立式结构，无法实现自动掉渣，岩渣掉落在岩样上会导致刀具的三体磨损，从而改变磨损类型影响实验效果，且由于刀具支座为固定结构，无法实现刀具轴向的刀间距调节，切削速度较低，刀具与岩石初接触相对速度为0等。南京大学的姚羲和(TBM盘形滚刀线性切割试验中岩石破裂模式研究[D].南京：南京大学岩石力学与工程学院，2014：8.)也在其研究中使用了直线式刀具破岩试验台，但该装置切削速度较低，刀具与岩石初接触相对速度同样为0，仅能模拟单刀直线式滚压破岩过程，无法模拟原岩围压效应以及位于刀盘中心位置刀具的破岩，且只能立式模拟单刀直线式滚压破岩过程。

综合来看，上述TBM刀具破岩试验台虽然可以模拟刀具的直线切割破岩、开展刀具磨损实验等，但无法同时做到刀间距的调节、高速切削破岩、待切削岩体表面与真实掌子面竖直平行、自动掉渣等，目前模拟盾构机真实工况的卧式直线式破岩试验台尚不多见。

发明内容

针对现有技术中无法同时做到刀间距调节、告诉切削破岩、待切削岩体表面与真实掌子面竖直平行、自动掉渣的问题，本发明提供一种双刀直线式TBM破岩试验台，其目的在于：降低滚刀性能评价及破岩效果评价成本，实现了多把刀之间的组合破岩，全方位、多角度采集试验信号及刀具磨损形貌，缩短新型滚刀研制周期。

本发明采用的技术方案如下：