巖石隧道掘進機破巖機理及掘進速度預測模型研究

巖石隧道掘進機（TBM）自上世紀50年代首次進行工業(yè)化生產以來，因其施工速度快、施工環(huán)境友好、對圍巖的影響小以及施工經濟等優(yōu)點已在全世界廣泛用于巖石隧道開挖。上世紀90年代以來，隨著我國基礎設施快速建設的需要，隧道工程界越來越多地采用TBM進行巖石隧道開挖。出于對TBM選型、快速施工與施工管理的需要，TBM破巖機理、TBM施工速度預測等一些基礎性課題的研究迫在眉睫。本項目通過巖石的物理力學特性試驗、室內大型TBM滾刀破巖試驗、滾刀破巖的數值分析、現場TBM掘進試驗來分析巖石、巖體的破碎機理，尋找適于不同巖體條件的優(yōu)化滾刀間距及刀盤的優(yōu)化設計。并通過現場采集巖體數據、地應力參數、TBM數據、TBM運行數據，結合室內巖石力學試驗，獲得巖體及與之相應的TBM運行參數，在申請者已提出的巖體特性TBM掘進速度預測模型的基礎上，拓展原有模型的適用范圍，為以后TBM施工速度預測提供指導。 2100433B

根據刀具的形狀和運動特點，掘進機的破巖刀具分為滾刀和削刀兩類。滾刀的破巖原理是在強大壓力作用下，在巖面上滾動破碎巖石;削刀則是靠側向的擠壓作用，在側向的周邊洞壁銑削切割巖石。因此，應針對不同的巖體，選擇不同的刀具。

本書以工程應用為背景,以大量相關文獻和實踐資料為基礎,系統(tǒng)闡述了全斷面硬巖掘進機刀具系統(tǒng)的研發(fā)要點及解決方案,為掘進機企業(yè)及隧道工程、礦山工程領域的企業(yè)和科研人員提供參考,對于推動我國全斷面硬巖掘進機的技術進步和產業(yè)升級具有重要意義。

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.2 全斷面掘進機的發(fā)展歷程、研究現狀和發(fā)展趨勢

1.2.1 全斷面掘進機技術的發(fā)展歷程

1.2.2 全斷面掘進機技術研究與應用現狀

1.2.3 全斷面掘進機的發(fā)展趨勢

1.3 用于掘進機刀具系統(tǒng)的實驗臺研究趨勢

1.3.1 國外掘進機刀具系統(tǒng)實驗臺研究趨勢

1.3.2 國內掘進機刀具系統(tǒng)實驗臺研究趨勢

1.4 本書主要研究內容和關鍵技術

1.4.1 主要研究內容

1.4.2 關鍵技術

第2章 全斷面硬巖掘進機構造原理及刀具系統(tǒng)

2.1 全斷面硬巖掘進機的構造與工作原理

2.1.1 全斷面硬巖掘進機的分類及特點

2.1.2 全斷面硬巖掘進機的工作原理及主要設備

2.2 全斷面硬巖掘進機滾刀系統(tǒng)

2.2.1 盤形滾刀的基本結構

2.2.2 盤形滾刀的失效形式

2.3 全斷面硬巖掘進機刀盤系統(tǒng)

2.3.1 盤形滾刀在刀盤上的分布

2.3.2 全斷面硬巖掘進機刀盤的失效形式

2.4 小結

第3章 集成化雙滾刀硬巖掘進綜合實驗臺

3.1 雙滾刀實驗臺的功能需求

3.1.1 實驗臺研制的必要性

3.1.2 實驗臺系統(tǒng)功能需求

3.2 雙滾刀實驗臺結構設計與分析

3.2.1 工作臺的設計

3.2.2 試件臺的設計

3.2.3 刀具系統(tǒng)的設計

3.2.4 實驗臺支撐框架及頂梁

3.2.5 主體框架結構剛性分析

3.2.6 整機有限元分析

3.3 基于模糊神經網絡的預測控制系統(tǒng)設計

3.3.1 模糊神經網絡控制器設計

3.3.2 神經網絡預測器設計

3.3.3 模糊控制器設計

3.3.4 模糊神經網絡預測控制仿真

3.4 雙滾刀實驗臺樣機

3.4.1 雙滾刀實驗臺樣機結構

3.4.2 實驗臺樣機結構功能參數對比

3.5 小結

第4章 不同刀間距對滾刀破巖的影響

4.1 刀盤結構

4.2 刀盤性能的理論分析模型

4.2.1 刀盤受力情況

4.2.2 刀盤強度模型

4.2.3 刀盤剛度模型

4.3 基于有限元的刀盤仿真

4.3.1 刀盤應力應變分布

4.3.2 刀盤模態(tài)分析

4.4 雙滾刀破巖理論及其仿真

4.4.1 雙滾刀破巖受力情況

4.4.2 仿真模型建立

4.4.3 不同刀間距的巖石破碎情況

4.5 滾刀間距與巖石特性的關系

4.5.1 雙滾刀破巖過程的應力分布

4.5.2 不同巖石對刀間距的適應性

4.5.3 巖石對不同刀間距的適應性實驗

4.6 小結

第5章 巖石節(jié)理和滾刀速度對滾刀破巖的影響

5.1 盤形滾刀破巖

5.1.1 滾刀破巖機理

5.1.2 巖石破碎過程

5.1.3 滾刀破巖過程的模態(tài)分析

5.2 巖石節(jié)理特征對滾刀破巖的影響

5.2.1 巖石力學模型

5.2.2 仿真建模

5.2.3 節(jié)理傾角對巖石破碎的影響

5.2.4 節(jié)理間距對巖石破碎的影響

5.3 滾刀速度對巖石節(jié)理的適應性

5.3.1 滾刀破巖速度模型

5.3.2 仿真建模

5.3.3 滾刀旋轉速度對節(jié)理巖石破碎的影響

5.3.4 滾刀貫入速度對節(jié)理巖石破碎的影響

5.3.5 滾刀對不同巖石樣本的適應性

5.4 小結

參考文獻2100433B