TBM盤形滾刀重復破碎與二次磨損規律研究

張厚美

(廣州市盾建地下工程有限公司， 廣東 廣州　510030)

?

TBM盤形滾刀重復破碎與二次磨損規律研究

張厚美

(廣州市盾建地下工程有限公司， 廣東 廣州510030)

摘要：秦嶺隧道TB880E掘進機在施工過程中積累了大量寶貴而完整的滾刀磨損統計數據，為深入研究滾刀磨損規律和磨損機制提供了依據。從TB880E現場實測滾刀磨損數據入手，結合TB880E滾刀一次破巖體積的理論計算結果，建立了滾刀磨損量與一次破巖體積的關系；對滾刀單位破巖體積磨損量進行分析，得到了滾刀單位破巖體積磨損量與滾刀安裝半徑的關系曲線，總結出刀盤上滾刀磨損的4個區域，分析了不同區域滾刀磨損的機制；首次提出滾刀重復破碎與二次磨損的定量計算方法，得到了TB880E滾刀重復破碎體積與二次磨損量的分布規律。研究表明： 正面滾刀磨損的主要影響因素是一次破碎，而邊緣滾刀的主要影響因素是重復破碎引起的二次磨損。

關鍵詞：秦嶺隧道； 隧道掘進機(TBM)； 滾刀磨損； 破巖體積； 重復破碎； 二次磨損

0引言

硬巖掘進機(TBM)由于其破巖效率高、掘進速度快等優勢，在長距離巖石隧道中得到越來越多的應用[1]。發達國家的隧道施工,一般優先考慮TBM法,只有在TBM法不適宜時才考慮采用鉆爆法。我國應用TBM比較多的主要是鐵路隧道和輸水隧洞，如1995年開工的西康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道、2008年開工的蘭渝鐵路西秦嶺隧道、1997年開工的山西萬家寨引黃入晉工程、2003年開工的遼寧大伙房水庫一期輸水隧道和2007年開工的四川錦屏二級水電站引水隧道等，這些工程采用的大多為敞開式TBM和雙護盾式TBM[2]。

近年來，隨著我國城市軌道交通的快速發展，TBM也開始在城市地鐵隧道施工中得到應用，如2011年重慶軌道交通銅鑼山隧道首次應用復合型TBM進行施工，這也是國內地鐵領域首次應用TBM進行施工；2013年青島地鐵工程首次應用DSUC型雙護盾硬巖隧道掘進機進行青島地鐵2號線海安路站區段施工。

TBM雖然具有掘進效率高的優點，但刀具磨損后將極大影響TBM掘進效率和施工成本。刀具磨損后同樣的切深將需要更大的推力，粉末狀巖渣的比例提高，破巖比能增加，掘進速度降低；同時刀具磨損到一定程度后，必須停機檢查、更換刀具，降低了TBM的利用率。據統計，刀具檢查更換耗時占總施工時間的比值可達4%～26%。此外，刀具損耗費用在TBM施工成本中占有很大的比例，如在秦嶺隧道施工中，用于刀具的費用約占掘進施工費用的l/3[3]。

為此，有關學者和專家對TBM刀具磨損相關問題開展了大量研究。王旭等[3]對TBM滾刀磨損機制進行了比較深入的分析，找出了影響刀具磨損的主要因素；李剛等[4]、趙海鳴等[5]分別采用CSM試驗模型以及基于磨料磨損對TBM滾刀磨損進行預測；張厚美等[6]、趙維剛等[7]研究了刀具異常磨損識別方法；H.P.Sanio[8]、J. Rostami等[9]等對TBM的性能預測模型進行研究；萬治昌等[10]、趙戰欣[11]和金艷秋等[12]對秦嶺隧道、引洮工程等大量實際工程的TBM刀具現場磨損情況進行了研究，得到TBM滾刀磨損的一般分布規律；但目前對滾刀的重復破碎與二次磨損機制的研究還很少。

在眾多研究中，西康鐵路秦嶺隧道是中國當時在建鐵路干線中科技含量最高的工程[13]，鐵道部提出6類24個科研項目，組織眾多設計、科研和施工單位進行聯合科研攻關。到目前為止，秦嶺隧道TB880E掘進機在施工過程中積累的大量刀具磨損統計數據仍是公開資料中可以查閱到的最完整、最寶貴的資料，其中所蘊含的大量信息和內在規律仍值得我們進一步挖掘、總結。

本文從TB880E掘進機滾刀磨損統計數據入手，結合滾刀破巖體積的理論計算，對滾刀磨損與切削破巖體積關系進行研究，深入研究滾刀重復破碎與二次磨損機制和規律，以期為刀具改進、刀具布置、刀具耗量預測等提供依據。

1TB880E掘進機概況

秦嶺特長隧道位于陜西省長安縣和柞水縣境內，隧道設計為 2座基本平行的單線隧道 ,單線隧道長度 18.45 km。工程于1998年2月16日開工，至1999年8月22日貫通，歷時18個月[10]。

秦嶺隧道的巖石以混合花崗巖和混合片麻巖為主，占全隧道的80%以上，該類巖石以強度高、硬度大為特征 ,抗壓強度平均在150 MPa左右，個別達300 MPa，抗拉強度6 MPa左右，巖石礦物中的石英含量占25%～30%[14]。

秦嶺隧道采用德國維爾特公司(WIRTH)生產的TB880E型敞開式硬巖掘進機施工。掘進機刀具布置主要參數如下： 掘進機刀盤直徑8 800 mm，刀盤上布置了71把直徑432 mm的滾刀，其中中心滾刀(C1—C6)6把，刀間距84 mm；正面滾刀(1—51刀位)51把，刀間距65～70 mm；邊緣滾刀(52—65刀位)14把，刀間距由52號刀的65 mm逐漸減少到邊刀的31 mm，平均刀間距約65 mm。刀盤、刀具布置見圖1。

圖1　秦嶺隧道TB880E型掘進機滾刀布置圖(單位： mm)

2滾刀切削破巖體積的計算

工程上經常用破巖量來評價滾刀的耐用度，即用掘進機掘進某段隧道長度的總破巖體積除以總的刀圈耗用量來計算刀圈平均破巖量。這種評價方法計算比較簡單，物理含義直觀、明確，但評價指標比較粗糙，因為安裝在刀盤上不同區域滾刀的破巖量是不同的，故需對各刀位滾刀的破巖體積分別進行計算。

設掘進機開挖直徑為D，滾刀的貫入度為h，則刀盤旋轉1周的破巖體積

V=π·D2·h/4。

(1)

設第i個滾刀在刀盤上的安裝半徑為Ri，該滾刀的切削槽斷面積為Si，則刀盤旋轉1周該滾刀的破巖體積

Vi=2π·Ri·Si。

(2)

式中Si為滾刀的切削槽斷面積，可根據滾刀尺寸、貫入度以及相鄰滾刀的刀間距等幾何參數通過數值方法計算得到[15]。

文獻[15]采用數值計算方法對秦嶺隧道TB880E掘進機貫入度為8 mm/r條件下，刀盤旋轉一周各刀位滾刀破巖體積進行了計算，并將各刀位破巖體積與TB880E掘進5 621 m后各刀位滾刀的累計磨損量分布曲線進行了對比，兩者趨勢基本相同，見圖2。

圖2　TB880E滾刀磨損量和破巖體積分布曲線

Fig. 2Relationship between disc cutter wearing loss of TB880E TBM and rock crushing volume

3滾刀磨損量與切削破巖體積關系

文獻[15]僅僅對TB880E刀盤旋轉一周各刀位破巖體積與TB880E掘進5 621 m后各滾刀的累計磨損量分布曲線進行了對比，并未對兩者的定量關系進行分析。為此將刀盤旋轉一周各刀位滾刀的破巖體積(乘以5 621/h)換算為掘進5 621 m各刀位的累計破巖體積，由此得到滾刀磨損量與累計破巖體積關系曲線，見圖3。

由圖3可以看出，正面滾刀(1#—51#)，隨著滾刀安裝半徑的增大，滾刀破巖體積增大，滾刀磨損量也增大，兩者近似服從指數函數關系

δ=126.9e0.000 1V。

(3)

式中： δ為滾刀磨損量，mm； V為滾刀破巖體積，m3。

回歸相關系數R=0.972，兩者高度相關。

邊緣滾刀(52#—65#)磨損量與破巖體積也近似服從指數函數關系

圖3　TB880E各刀位滾刀磨損量與破巖體積關系曲線

Fig. 3RelationshipbetweendisccutterwearinglossofdisccutterondifferentpositionsofcutterheadofTB880ETBMandrockcrushingvolume

δ=973.3e0.000 1V。

(4)

回歸相關系數R=0.885，兩者高度相關。

由圖3可知，當破巖體積相同時，邊緣滾刀的磨損量明顯比正面滾刀磨損量大。當其他條件相同時，滾刀磨損量不僅與破巖體積有關，還與滾刀安裝區域有關，且滾刀磨損量與破巖體積呈高度相關的指數函數關系，這為分區域根據滾刀破巖體積估算滾刀磨損量提供了可能。

4滾刀單位破巖體積磨損量分析

從上述分析可知，不同區域滾刀磨損量與破巖體積關系是不同的，將各刀位滾刀累計磨損量除以滾刀累計破巖體積，稱之為滾刀單位破巖體積磨損系數，得到各刀位滾刀單位破巖體積磨損系數與滾刀安裝半徑的關系曲線，見圖4。

圖4TB880E滾刀單位破巖體積磨損系數與滾刀安裝半徑的關系曲線

Fig. 4Relationship between disc cutter wearing loss (mm/m3) and installation radius of disc cutter of TB880E TBM

由圖4可以看出，滾刀單位破巖體積磨損系數與滾刀安裝半徑的關系曲線具有很強的規律性，總體上呈“U”型分布，但各段曲線趨勢明顯不同，可以依此將曲線分為以下4個不同區域：

1)Ⅰ區。位于刀盤中心區域，約有10把滾刀(C1—C6，1#—4#)。該區域滾刀安裝半徑小于742 mm，隨著滾刀安裝半徑增加，滾刀單位破巖體積磨損量急劇減小。這是因為中心區域滾刀安裝半徑越大，滾刀滑移量越小，滾刀磨損就越小。

2)Ⅱ區。位于刀盤正面靠內區域，約有25把滾刀(5#—29#)。該區域滾刀安裝半徑為812～2 397 mm，隨著滾刀安裝半徑增加，滾刀單位破巖體積磨損量基本不變。

3)Ⅲ區。位于刀盤正面靠外區域，約有19把滾刀(30#—48#)。該區域滾刀安裝半徑為2 462～3 632 mm，隨著滾刀安裝半徑增加，滾刀單位破巖體積磨損量逐漸增大。

4)Ⅳ區。位于刀盤邊緣區域，約有17把邊緣滾刀(49#—65#)。該區域滾刀安裝半徑為3 697～4 225 mm，隨著滾刀安裝半徑增加，滾刀單位破巖體積磨損量急劇增加。

經分析，上述滾刀單位破巖體積磨損量與滾刀安裝半徑關系近似為冪函數關系

δV=kδ·ρn。

(5)

式中： δV為滾刀單位破巖體積磨損量，mm/m3； ρ為滾刀在刀盤上的安裝半徑，mm； kδ、n為回歸方程常數項。

經過回歸分析處理，不同區域曲線變化趨勢不同甚至相反，除Ⅱ區外其余各區域的回歸相關系數均很高，不同區域的回歸參數見表1。

表1不同區域的回歸參數

Table 1Regression coefficients of disc cutter at each zone on cutterhead

滾刀所屬區域回歸系數kδ回歸系數n相關系數R滾刀編號Ⅰ區中心滾刀66.220.9770.988C1—C6,1#—4#Ⅱ區正面滾刀0.09380.0150.00325#—29#Ⅲ區正面滾刀6×10-61.2460.869830#—48#Ⅳ區邊緣滾刀5×10-3910.50.77849#—65#

5重復破碎與二次磨損的概念及計算

5.1重復破碎及二次磨損的概念

在實際施工中，刀盤前方開挖面巖石被滾刀切削剝離形成巖渣后，將從開挖面與刀盤面板之間的空隙下落，堆積在刀盤與開挖面之間間隙的下半部，經鏟斗刮入溜槽滑向皮帶機排出。當鏟斗磨損后，巖渣的堆積將變嚴重，導致外周滾刀對巖渣產生重復破碎，同時下落的巖渣也對滾刀產生二次磨損，滾刀安裝半徑越大(越靠外)的區域，巖渣散落越多，滾刀磨損就越嚴重。這就是滾刀單位破巖體積磨損量隨滾刀安裝半徑增大而增加的主要原因?；诖?，提出了一次破碎與重復破碎的概念。

1)一次破碎。指開挖面巖石受到刀具切削從巖體剝離形成巖屑的過程。這個過程對刀具造成的磨損稱之為“一次磨損”。

2)重復破碎。指刀具一次破碎切削下來的巖屑未能及時排出，部分巖屑散落在刀盤面板與開挖面之間，使刀具對散落巖屑產生二次破碎或多次破碎。由此對刀具造成的磨損稱之為“二次磨損”。

5.2二次磨損與重復破碎的計算方法

由圖4可知，Ⅱ區正面滾刀(5#—29#)的單位破巖體積磨損量最小，且隨著滾刀安裝半徑增大，滾刀單位破巖體積磨損量變化不大，說明該區域在巖渣堆積區高度以上?？梢哉J為該區域滾刀的重復破碎體積很小，滾刀的二次磨損可以忽略不計。

以Ⅱ區正面滾刀單位破巖體積磨損量δVⅡ為基準(即假設該區滾刀只發生一次破碎，重復破碎磨損忽略不計)，可根據其他區域滾刀的一次破巖體積計算出對應的一次磨損量

δi1=δVⅡ·Vi1。

(6)

式中： δi1為第i個滾刀的一次磨損量，mm； Vi1為第i個滾刀的一次破巖體積(可由文獻[15]的方法計算得到)，m3； δVⅡ為Ⅱ區正面滾刀單位破巖體積磨損量，由圖4查得δVⅡ=0.1mm/m3。

將第i個滾刀的總磨損量減去一次磨損量即為滾刀重復破碎產生的二次磨損量

δi2=δit-δi1。

(7)

式中： δi2為第i個滾刀的二次磨損量，mm； δit為第i個滾刀的總磨損量，mm。

將式(6)代入式(7)可得

δi2=δit-δVⅡ·Vi1。

(8)

根據滾刀單位破巖體積磨損量δVⅡ可計算出滾刀單位磨損量破巖體積

VδⅡ=1/δVⅡ。

(9)

式中 VδⅡ為Ⅱ區正面滾刀單位磨損量破巖體積，m3/mm。

同樣，以Ⅱ區正面滾刀單位磨損量破巖體積VδⅡ為基準，可根據第i個滾刀的二次磨損量δi2計算出對應的二次破巖體積(重復破碎體積)

Vi2=δi2·VδⅡ。

(10)

式中 Vi2為第i個滾刀的二次破巖體積(重復破碎體積)，m3。

將以上相關各式代入整理可得

Vi2=(δit-δVⅡ·Vi1)/δVⅡ。

(11)

根據上述計算公式得到的TB880E各刀位一次破碎體積與重復破碎體積對比曲線見圖5。

圖5　TB880E各刀位一次破碎體積與重復破碎體積對比圖

Fig. 5Comparison and contrast between initial rock crushing volume and repeated rock crushing volume of each disc cutter

由圖5可見，從35#滾刀開始，各滾刀的重復破碎體積隨滾刀安裝半徑增加而開始增大，據此可推斷，35#滾刀安裝高度處已開始出現少量巖渣堆積(或巖渣下落不暢導致巖渣密度較高)，故可根據35#滾刀的安裝半徑與刀盤開挖直徑推算出刀盤前方巖渣堆積高度

Hm=D0/2-Rn。

(12)

式中： Hm為刀盤前方巖渣堆積高度，mm； D0為刀盤開挖直徑，D0=8 800mm； Rn為重復破碎體積開始增大處滾刀的安裝半徑(35#滾刀安裝半徑Rn=2 787mm)。

代入可得Hm=8 800/2-2 787=1 613mm。

另一方面，考察TB880E各刀位滾刀二次磨損占總磨損量的百分比曲線，見圖6。

圖6　TB880E各刀位滾刀二次磨損占總磨損量百分比

Fig. 6Secondary wearing loss in total wearing loss of each disc cutter of TB880E TBM

由圖6可見，各刀位滾刀二次磨損占總磨損量百分比曲線也可分為以下4個不同區域。

1)中心滾刀是滑移磨損主導區，滾刀滑移磨損占總磨損量的45%～94%。

2)靠內正面滾刀是一次磨損為主區域，滾刀一次磨損占總磨損量80%以上。

3)靠外正面滾刀是混合磨損區，滾刀二次磨損約占總磨損量20%～50%。

4)邊緣滾刀為二次磨損主導區，滾刀二次磨損約占總磨損量50%～90%，即邊緣滾刀的二次磨損是一次磨損的1.4～9倍。

上述4個磨損分區與圖4的4個區域劃分基本對應。其中，一次磨損為主區域對應圖4的Ⅱ區，滾刀二次磨損約占總磨損量比例波動比較大，但均在20%以下，這可以看做是統計誤差范圍，二次磨損可以忽略不計。當滾刀二次磨損占總磨損量比例大于20%時，可認為出現了比較明顯的二次磨損。據此由圖6可看出，40#滾刀二次磨損占總磨損量比例開始大于20%，據此推斷40#滾刀安裝半徑處(40#滾刀安裝半徑為3 112 mm)開始出現明顯的巖渣堆積，故刀盤前方巖渣堆積高度Hm=8 800/2-3 112=1 288 mm。

綜合上述2方面的分析，可以推算出刀盤前方巖渣平均堆積高度Hm=1 288～1 613 mm。

由此可見，刀盤前方巖渣堆積高度較大，這個高度范圍正是靠外測正面滾刀和所有邊緣滾刀所在區域，該弧形區巖渣垂直下落不暢，故該區域滾刀二次磨損嚴重。

經與曾參加過秦嶺隧道TBM現場施工技術人員討論，證實在TB880E掘進機施工過程中，刀盤與開挖面之間間隙的下半部會出現巖渣堆積，但目前沒有巖渣堆積高度實測值。

6結論與建議

本文從TB880E掘進機在秦嶺隧道長距離硬巖段掘進的大量現場實測滾刀磨損數據入手，結合TB880E掘進機各刀位滾刀一次破巖體積的理論計算結果，建立了滾刀磨損量與一次破巖體積關系，得到了滾刀單位破巖體積磨損量與滾刀安裝半徑的關系，提出了滾刀重復破碎與二次磨損的概念以及不同區域滾刀磨損的機制，首次提出了滾刀重復破碎與二次磨損的定量計算方法。研究表明：

1)外周滾刀對散落巖渣產生重復破碎，并導致二次磨損，滾刀越靠弧形區，二次磨損越嚴重。

2)TB880E滾刀單位破巖體積磨損量與滾刀安裝半徑的關系曲線總體上呈“U”型分布，可劃分為4個典型的磨損區域，其中重復破碎是邊緣區滾刀磨損的主要因素。

3)滾刀破巖體積增加，滾刀磨損量增大，兩者近似服從指數函數關系。當一次破巖體積相同時，邊緣滾刀的磨損量明顯比正面滾刀磨損量大。

4)施工過程應及時更換磨損鏟斗，保持鏟斗完好，避免巖渣在開挖面底部堆積，以減小滾刀的二次磨損。

5)在刀盤剛度滿足要求的情況下應盡可能增加刀盤溜槽開口尺寸和數量，減少巖渣在刀盤與開挖面之間堆積。

6)增加邊緣滾刀數量會增加重復破巖體積，降低破巖效率，建議在滿足一次破碎的條件下適當減少刀盤弧形區滾刀數量。

參考文獻(References)：

[1]許占良.開敞式TBM在管涔山隧道施工的適應性研究[J].鐵道工程學報,2007(8): 53-57.(XU Zhanliang. Research on the adaptability of open-type TBM in the construction of Guancen Mountain Tunnel[J].Journal of Railway Engineering Society,2007(8): 53-57. (in Chinese))

[2]王夢恕. 開敞式TBM在鐵路長隧道特硬巖、軟巖地層的施工技術[J]. 土木工程學報, 2005, 38(5): 54-58.(WANG Mengshu.Construction technique of open TBM for long railway tunnels in very hard or soft rock strata[J].China Civil Engineering Journal,2005, 38(5): 54-58. (in Chinese))

[3]王旭，趙羽，張寶剛，等.TBM滾刀刀圈磨損機理研究[J].現代隧道技術,2010,47(5): 15-19.(WANG Xu,ZHAO Yu,ZHANG Baogang,et al.Research on the ring wear mechanism of TBM disc cutter[J].Modern Tunnelling Technology,2010,47(5): 15-19.(in Chinese))

[4]李剛，朱立達，楊建宇，等.基于CSM模型的硬巖TBM滾刀磨損預測方法[J].中國機械工程,2014,25(1): 32-35.(LI Gang,ZHU Lida,YANG Jianyu,et al. A method to predict disc cutter wear extent for hard rock TBMs based on CSM model[J]. China Mechanical Engineering,2014,25(1): 32-35.(in Chinese))

[5]趙海鳴，舒標，夏毅敏，等.基于磨料磨損的TBM滾刀磨損預測研究[J].鐵道科學與工程學報, 2014,11(4): 152-158.(ZHAO Haiming,SHU Biao,XIA Yimin,et al.Study of wear prediction for TBM cutter based on abrasive wear model[J].Journal of Railway Science and Engineering, 2014,11(4): 152-158.(in Chinese))

[6]張厚美，區希，易覺.運用盾構掘進參數跟蹤判斷滾刀損壞的研究[J].現代隧道技術, 2014,51(4): 121-126.(ZHANG Houmei,QU Xi,YI Jue.Tracking and determination of cutter damage based on the driving parameters of a shield[J].Modern Tunnelling Technology,2014,51(4): 121-126.(in Chinese))

[7]趙維剛，劉明月，杜彥良，等.全斷面隧道掘進機刀具異常磨損的識別分析[J].中國機械工程, 2007,18(2): 150-153.(ZHAO Weigang, LIU Mingyue,DU Yanliang,et al. Abnormal cutter wear recognition of full face tunnel boring machine(TBM) [J]. China Mechanical Engineering, 2007,18(2): 150-153 .(in Chinese))

[8]Sanio H P.Prediction of the performance of disc cutters in anisotropic rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1985,22(85): 153-161.

[9]Rostami J,Ozdemir L,Nilson B.Comparison between CSM and NTH hard rock TBM performance prediction models//[C]Proceedings of Annual Technical Meeting of the Institute of Shaft Drilling Technology.Las Vegas: Institute of Shaft Drilling Technology,1996.

[10]萬治昌，沙明元，周雁領.盤形滾刀的使用與研究(1)：TB880E型掘進機在秦嶺隧道施工中的應用[J].現代隧道技術,2002,39(5): 1-11. (WAN Zhichang, SHA Mingyuan,ZHOU Yanling. Study on disk cutters for hard rock: Application of TB880E TBM in Qinling Tunnel[J].Modern Tunnelling Technology, 2002,39(5): 1-11.(in Chinese))

[11]趙戰欣. 西秦嶺長大隧道TBM盤形滾刀磨損分析[J]. 建筑機械化, 2014(1): 79-81.(ZHAO Zhanxin.Wear analysis of TBM disc cutter in West Qinling super long tunnel[J].Construction Mechanization,2014(1): 79-81. (in Chinese))

[12]金艷秋，劉志華，楊亮，等.引洮工程9號隧洞TBM滾刀磨損原因分析[J].建筑機械化,2011(6): 79-81.(JIN Yanqiu,LIU Zhihua,YANG Liang,et al.Analyzing the cause of TBM disc cutter worn in Tao River diversion project No.9 tunnel[J].Construction Mechanization,2011(6): 79-81.(in Chinese))

[13]樓文虎, 舒磊. 中國第一座特長越嶺隧道： 西康鐵路秦嶺隧道[J]. 鐵道工程學報, 2005(增刊1)： 185-191.(LOU Wenhu,SHU Lei.The Chinese extra-long mountain ridge tunnel: Qinling tunnel in Xi’an-Ankang railway[J].Journal of Railway Engineering Society,2005(S1): 185-191.(in Chinese))

[14]趙文華.TB880E掘進機在各類圍巖中掘進參數的選擇[J].鐵道建筑技術,2003(5): 16-18.(ZHAO Wenhua. Selection of parameters for TB880E TBM (Tunnel Boring Machine) under various types of rock[J].Railway Construction Technology,2003(5): 16-18. (in Chinese))

[15]張厚美.TBM的掘進性能數值仿真研究[J].隧道建設,2006,26(增刊2): 1-7. (ZHANG Houmei.Study on numerical simulations of performance of tunnel boring machines(TBM)[J].Tunnel Construction,2006,26(S2): 1-7. (in Chinese))

Study on Relationship Between Repeated Cutting and Secondary Wear of TBM Disc Cutter

ZHANG Houmei

(GuangzhouMunicipalDunjianUndergroundConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510030,Guangdong,China)

Abstract:Much valuable and complete disc cutter wearing data of TB880E TBM used in Qinling tunnel have been accumulated, which can provide reference for further study on disc cutter wearing mechanism. In this paper, the relationship between disc cutter wearing loss and initial rock crushing volume is studied based on disc cutter wearing data and theoretical calculation results of initial rock crushing volume of TB880E TBM. The relationship between the rock crushing volume (mm/m3) and installation radius of disc cutter is analyzed. The disc cutter wearing mechanism of 4 wearing zones on cutterhead are analyzed. The quantitative calculation method for secondary wear of disc cutter induced by repeated rock crushing is proposed for the first time; and then the relationship between repeated rock crushing volume of TB880E TBM and secondary disc cutter wearing is obtained. The study results show that the initial rock crushing is the main factor for the wearing of frontal disc cutter; the repeated rock crushing is the main factor for the secondary wearing of edge disc cutter.

Keywords:Qinling Tunnel; tunnel boring machine(TBM); disc cutter wear; rock crushing volume; repeated rock crushing; secondary wear

中圖分類號：U 45

文獻標志碼：A

文章編號：1672-741X(2016)02-0131-06

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.02.002

作者簡介：張厚美(1966—)，男，福建永泰人，2000年畢業于同濟大學，巖土工程專業，博士，教授級高級工程師，現從事盾構隧道施工技術研究及施工項目管理工作。E-mail： dr.zhanghm@139.com。

收稿日期：2015-08-21; 修回日期: 2015-09-17