全断面隧道掘进机刀盘刮碴铲斗结构对出碴性能的影响

摘要

针对现有全断面隧道掘进机(TBM)刀盘出碴模拟研究所存在的岩碴级配和形状参数考虑不全面、刮碴铲斗结构影响规律揭示不明晰的问题,采用颗粒离散元方法构建考虑了岩碴级配和形状的刀盘落碴、铲碴、溜碴过程的数值模型,并进行缩比出碴试验验证了数值模型的可靠性.进行数值模拟研究了刀盘有无滚刀、铲斗结构形式、铲斗高度、铲斗宽度等因素对以平均出碴速度和出碴率为评价指标的刀盘出碴性能的影响规律.仿真结果表明:滚刀群对出碴过程影响可以忽略不计;三角截面式是较为合理的铲斗结构形式;铲斗高度的建议取值为滚刀高度减去30～50 mm;铲斗宽度的建议取值为出碴口宽度的50％.该模型为TBM刀盘出碴性能研究提供了有效手段,为TBM刀盘出碴结构的设计提供了理论依据.