复合地层盾构掘进滚刀荷载试验研究

摘要

为了探究复合地层盾构掘进时滚刀的荷载与开挖面岩石强度、切削速度、刀圈贯入度之间的关系以及滚刀在不同地层界面处的受力特征,开展了复合地层盾构滚刀掘进试验,采用原型滚刀分工况对多种材料组成的开挖面模型进行掘进试验,同时采集滚刀的荷载数据。研究结果表明:滚刀在依次切削粉质黏土、M2.5水泥砂浆、C15混凝土与C30混凝土时的荷载整体上呈阶梯上升的趋势,并始终处于波动状态;滚刀的荷载会随刀间距的增大有一定程度的增大,但增幅较小;滚刀在切削不同材料时的荷载随刀圈贯入度的增大呈近似的线性增大趋势,当切削脆性材料时该规律尤为明显;较大的材料刚度和滚刀贯入度使得被切材料发生更大的弹性变形,从而使得滚刀对材料做功以及材料破碎时的能量释放量都较大,造成滚刀荷载的波动幅度也有一定程度的增大;当刀盘转速增大时,滚刀荷载也呈增大趋势,增大幅度会随着刀盘转速的增大逐渐趋缓,其原因是切削速率的增大造成被切材料动态强度增大。