TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析

郑加星; 贾昊霖; 裴成元; 杜立杰; 李青蔚; 宋闻学; 唐荣

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2024.02.015

隧道建设 >

2024 , Vol. 44 >Issue 2: 360 - 367

DOI: https://doi.org/10.3973/j.issn.2096-4498.2024.02.015

施工机械

TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析

郑加星 ,
贾昊霖 ,
裴成元 ,
杜立杰 ,
李青蔚 ,
宋闻学 ,
唐荣

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（1. 新疆水发建设集团有限公司，新疆乌鲁木齐〓830000； 2. 中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710024； 3. 石家庄铁道大学，河北石家庄 050043）

郑加星（1989—），男，山东临沂人，2012年毕业于山东建筑大学，机械设计专业，本科，工程师，现从事TBM选型设计与施工领域的研究与工程实践工作。Email: 570051409@qq.com。 *通信作者：杜立杰， Email： tbmdu@qq.com。

网络出版日期: 2024-03-11

收起

Comparative Testing and Analysis of Onsite Performance of Narrow and Conventional Disc Cutters in Tunnel Boring Machines

ZHENG Jiaxing ,
JIA Haolin ,
PEI Chengyuan ,
DU Lijie ,
LI Qingwei ,
SONG Wenxue ,
TANG Rong

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(1. Xinjiang Water Conservancy Development and Construction Group Co., Ltd., Urumqi 830000, Xinjiang, China; 2. Sinohydro Bureau 3 Co., Ltd., Xi′an 710024, Shaanxi, China; 3. Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, Hebei, China）

Online published: 2024-03-11

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摘要

极硬岩条件下如何进行刀具选型，使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益，是有待解决的具有争议性的问题。为此，依托新疆YE工程现场TBM实际掘进，在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下，对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准刀的掘进性能表现以及刀具消耗情况，探索降低滚刀刀圈刃宽，提升TBM贯入度和掘进速度的可行性与合理性。结果表明： 1）使用窄刃刀破岩对贯入度和施工速度有着较为明显的提升，且随着围岩抗压强度的增加，窄刃刀对掘进速度的提升效果明显； 2）与标准刀相比，窄刃刀消耗数量也有较大增加，但2种滚刀的失效形式占比情况大致相同，对TBM作业利用率影响极小； 3）经综合成本估算，窄刃刀通过提升施工速度节省的成本远高于刀具消耗增加的成本。

关键词： TBM; 滚刀; 刀刃宽度; 贯入度; 掘进速度; 刀具消耗

本文引用格式

郑加星 , 贾昊霖 , 裴成元 , 杜立杰 , 李青蔚 , 宋闻学 , 唐荣 . TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析[J]. 隧道建设, 2024 , 44(2) : 360 -367 . DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.02.015

Abstract

To rationally select cutters for tunnel boring machines(TBMs) in extremelyhard rocks to improve the TBM construction efficiency and reduce cutter consumption, a case study is conducted on the YE project in Xinjiang, China. Under the condition of intact Class Ⅱ tuff with a uniaxial compressive strength of 100－150 MPa, the excavation performance of narrow and conventional cutters is tested and compared, and the feasibility and rationality of reducing the width of the disc cutter ring to improve the degree of TBM penetration and excavation speed are explored. The results reveal the following: (1) Narrow cutters can considerably improve the penetration degree and construction speed, which becomes more obvious when increasing the compressive strength of the surrounding rock. (2) The consumption of narrow cutters is higher than that of conventional cutters, while the proportion of failure forms of these two cutter types remains almost the same, with minimal impact on the utilization rate of TBM operations. (3) The narrow cutters exhibit a superior economic benefit over conventional cutters.

Key words： hard rock tunnel boring machine; disc cutter; cutter ring width; penetration degree; advance rate; cutter consumption

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