巖石隧道掘進(jìn)機(jī)破巖機(jī)理及掘進(jìn)速度預(yù)測模型研究基本信息

巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）自上世紀(jì)50年代首次進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)已在全世界廣泛用于巖石隧道開挖。上世紀(jì)90年代以來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施快速建設(shè)的需要，隧道工程界越來越多地采用TBM進(jìn)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(jī)理、TBM施工速度預(yù)測等一些基礎(chǔ)性課題的研究迫在眉睫。本項(xiàng)目通過巖石的物理力學(xué)特性試驗(yàn)、室內(nèi)大型TBM滾刀破巖試驗(yàn)、滾刀破巖的數(shù)值分析、現(xiàn)場TBM掘進(jìn)試驗(yàn)來分析巖石、巖體的破碎機(jī)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(shè)計(jì)。并通過現(xiàn)場采集巖體數(shù)據(jù)、地應(yīng)力參數(shù)、TBM數(shù)據(jù)、TBM運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)，獲得巖體及與之相應(yīng)的TBM運(yùn)行參數(shù)，在申請者已提出的巖體特性TBM掘進(jìn)速度預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，拓展原有模型的適用范圍，為以后TBM施工速度預(yù)測提供指導(dǎo)。 2100433B

根據(jù)刀具的形狀和運(yùn)動特點(diǎn)，掘進(jìn)機(jī)的破巖刀具分為滾刀和削刀兩類。滾刀的破巖原理是在強(qiáng)大壓力作用下，在巖面上滾動破碎巖石;削刀則是靠側(cè)向的擠壓作用，在側(cè)向的周邊洞壁銑削切割巖石。因此，應(yīng)針對不同的巖體，選擇不同的刀具。

本書以工程應(yīng)用為背景,以大量相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)踐資料為基礎(chǔ),系統(tǒng)闡述了全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)刀具系統(tǒng)的研發(fā)要點(diǎn)及解決方案,為掘進(jìn)機(jī)企業(yè)及隧道工程、礦山工程領(lǐng)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(jìn)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)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(jìn)機(jī)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.2.1 全斷面掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程

1.2.2 全斷面掘進(jìn)機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.3 全斷面掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢

1.3 用于掘進(jìn)機(jī)刀具系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺研究趨勢

1.3.1 國外掘進(jìn)機(jī)刀具系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺研究趨勢

1.3.2 國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)刀具系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺研究趨勢

1.4 本書主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

1.4.1 主要研究內(nèi)容

1.4.2 關(guān)鍵技術(shù)

第2章 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)構(gòu)造原理及刀具系統(tǒng)

2.1 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)造與工作原理

2.1.1 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)的分類及特點(diǎn)

2.1.2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)的工作原理及主要設(shè)備

2.2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)滾刀系統(tǒng)

2.2.1 盤形滾刀的基本結(jié)構(gòu)

2.2.2 盤形滾刀的失效形式

2.3 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)刀盤的失效形式

2.4 小結(jié)

第3章 集成化雙滾刀硬巖掘進(jìn)綜合實(shí)驗(yàn)臺

3.1 雙滾刀實(shí)驗(yàn)臺的功能需求

3.1.1 實(shí)驗(yàn)臺研制的必要性

3.1.2 實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)功能需求

3.2 雙滾刀實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

3.2.1 工作臺的設(shè)計(jì)

3.2.2 試件臺的設(shè)計(jì)

3.2.3 刀具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.4 實(shí)驗(yàn)臺支撐框架及頂梁

3.2.5 主體框架結(jié)構(gòu)剛性分析

3.2.6 整機(jī)有限元分析

3.3 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)

3.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器設(shè)計(jì)

3.3.3 模糊控制器設(shè)計(jì)

3.3.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制仿真

3.4 雙滾刀實(shí)驗(yàn)臺樣機(jī)

3.4.1 雙滾刀實(shí)驗(yàn)臺樣機(jī)結(jié)構(gòu)

3.4.2 實(shí)驗(yàn)臺樣機(jī)結(jié)構(gòu)功能參數(shù)對比

3.5 小結(jié)

第4章 不同刀間距對滾刀破巖的影響

4.1 刀盤結(jié)構(gòu)

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(qiáng)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(yīng)力應(yīng)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(guān)系

4.5.1 雙滾刀破巖過程的應(yīng)力分布

4.5.2 不同巖石對刀間距的適應(yīng)性

4.5.3 巖石對不同刀間距的適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)

4.6 小結(jié)

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(jī)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(xué)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(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)性

5.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn)2100433B