正滾刀多目標優化布局與刀盤結構優化研究

李帥遠，張 兵，謝勇軍，曾垂剛，曹洪飛

（1.盾構及掘進技術國家重點實驗室，鄭州 450001；2.中國中鐵隧道股份有限公司，鄭州 450001）

盾構機是一種大型隧道施工裝備，具有安全性能好、施工效率高等優勢.刀盤作為盾構機隧道施工破碎巖石的核心部件，其破巖性能與使用壽命決定了盾構機掘進效率與經濟性.在掘進過程中刀盤和盤形滾刀是掘進機最先與巖石接觸的部位，最容易發生損壞，情況嚴重甚至出現刀盤脫落等故障，導致換刀次數增加，影響隧道掘進施工效率［1-2］.因此對滾刀進行合理布局，并結合疲勞分析對刀盤進行結構優化顯得尤為重要.

目前國內外針對滾刀優化布局和刀盤結構優化研究取得了許多有價值研究成果.天津大學劉建琴等［3-4］以秦嶺隧道TB880E刀盤為例，提出基于等磨損速率的正滾刀極徑設計方法，研究表明，8條螺旋線型刀盤滾刀的布置性能綜合最優.Sun等［5］以刀盤實際施工為依據，建立刀具布置的非線性約束方程，分別采取智能算法、協同進化算法，優化刀盤滾刀的布置.耿麒等［6］根據極徑與極角分別求解的策略，綜合考慮設計方案、方案集數目和計算速度的要求提出了一種利用加權灰靶決策進行求解的滾刀布局優化方法.郭偉等［7］以滾刀破巖比能為依據，對滾刀分布刀間距和極角進行優化.李杰等［8-9］以新疆某盾構施工工程為例，利用遺傳算法對滾刀的布置進行了改進優化.盡管有很多對滾刀布局優化研究，但滾刀……