滾刀載荷監測及刀盤載荷分布規律實驗研究

孫振川， 陳雪峰， 楊延棟*

(1.盾構及掘進技術國家重點實驗室， 鄭州 450001; 2.中鐵隧道局集團有限公司， 廣州 511458； 3.中鐵開發投資集團有限公司， 昆明 650500)

隨著中國“交通強國”和“水資源高效利用”等戰略的實施，越來越多的長大山嶺隧道急需被修建，巖石隧道掘進機(TBM)作為山嶺隧道修建的現代化裝備將發揮重要作用[1]；滾刀作為TBM破巖的核心工具，其破巖性能及破巖效果直接決定了TBM的施工效率。然而，TBM在硬巖地層掘進，滾刀破巖載荷獲取困難、刀盤上多把滾刀的載荷分布規律未掌握，往往導致滾刀過載失效、TBM掘進效率低。

對于滾刀信息監測，殷謙等[2]、馬強等[3]提出了常壓換刀盾構的滾刀監測系統，用于監測滾刀轉速、溫度以及磨損量等信息，未能獲取滾刀載荷信息；龔秋明等[4]、丁世鵬[5]通過監測滾刀破巖實驗過程中的聲發射特征，發現滾刀載荷與監測到的聲發射能率具有相似的變化規律，該方法無法直接獲取滾刀載荷；張曉波等[6]、許靜飛[7]提出了采用電渦流傳感器的滾刀磨損和轉速無損檢測方法，但無法獲取滾刀載荷；王少華等[8]采用在滾刀墊塊內置應變計、表面粘貼應變片的方法監測滾刀載荷，該方法雖然實現了滾刀載荷的獲取，但測量準確性難以保證。對于刀盤上不同位置滾刀載荷分布，多以法向力相等的假設進行估算，但滾刀不同位置滾刀破巖量不同，韓美東[9]通過數值模擬法計算了引松供水刀盤不同位置的滾刀載荷，模擬結果表明不同安裝位置滾刀載荷存在較大差異。……