- CSCD核心中文核心科技核心
- RCCSE(A+)公路运输高质量期刊T1
- Ei CompendexScopusWJCI
- EBSCOPж(AJ)JST
隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S1): 123-133.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.S1.010
金明1, 王寿强2, *, 姚印彬2, 戴鹏1, 肖梁1
JIN Ming1, WANG Shouqiang2, *, YAO Yinbin2, DAI Peng1, XIAO Liang1
摘要: 滚刀布局是影响盾构掘进效率与刀具使用寿命的关键因素,为有效提升掘进过程中的刀盘运行稳定性,提出一类基于改进CSM(conical shield model)模型的盾构滚刀布局多目标优化建模与求解方法。将滚刀布局位置描述为刀具安装的极径和极角,考虑滚刀侧向力对刀盘稳定性的影响,引入改进CSM模型,设计刀盘的多维度受力分析框架,并构建总径向合力和倾覆力矩的计算模型。考虑刀盘质心位置偏移限制等约束条件,以最小化刀盘的总径向合力和最小化倾覆力矩为优化目标,建立盾构滚刀布局优化的非线性多目标优化模型。根据模型的计算复杂度,引入非支配解排序策略,设计基于粒子群算法的求解步骤。最后,结合南京地铁4号线的实际案例和仿真测试验证模型和算法的有效性。计算结果表明: 新建的模型和算法能够在531 s内为盾构滚刀布局提供多个有效方案,且保持一定的参数敏感性。相较于单目标优化方法,新方法求得的优化方案能够分别减少91%和99%的径向合力与倾覆力矩,在求解不同规模的优化问题时,具有较高的计算稳定性。相较于传统的布局方法,考虑侧向力的滚刀布局方案能够提升85.07%的刀盘稳定性。