岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (6): 1941-1951.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0509CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0509
谢维强1,刘晓丽1,蒋亚龙2,周小雄3
XIE Wei-qiang1, LIU Xiao-li1, JIANG Ya-long2, ZHOU Xiao-xiong3
摘要: 滚刀破岩是隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)掘进中的基本力学行为,学者们针对破岩理论开展了诸多研究,但基于这些理论计算的掘进参数与实际试验结果的对比分析却未见系统报道。对TBM滚刀破岩开展了理论与试验对比研究,首先梳理了挤压破岩、挤压−剪切破岩、挤压−张拉破岩3类破岩理论,总结了Evans模型、Roxborough模型、Wijk模型、上海交通大学(SJTU)模型、科罗拉多矿业学院(CSM)模型、Sanio模型、东北大学(NEU)模型等7个经典计算模型的法向力与滚动力表达式。依托笔者所在团队自主研发的TBM掘进综合试验平台,开展了低、中、高3种强度(25~95 MPa,梯度差约30 MPa)砂岩的室内掘进试验,获取了刀盘推力、扭矩、位移等关键参数。通过对比理论计算值与试验结果发现:CSM模型在推力和扭矩计算中均表现最优,偏差控制在26%以内,为优先推荐模型;Evans模型与NEU模型的计算值普遍低于试验值,适用于初步估算,为次优推荐模型;Roxborough模型、Wijk模型、SJTU模型与Sanio模型的偏差超过100%,需结合工程条件修正,为备选模型。本研究揭示了岩石强度对模型适用性的影响规律,可为TBM掘进参数预测与破岩机制研究提供理论参考。
中图分类号: TU45| [1] | 吴奎, 王子岩, 徐晨, 杨跃宗, 赵南南. 缓冲层影响下软岩大变形隧道时效力学行为分析[J]. 岩土力学, 2026, 47(1): 183-197. |
| [2] | 江文豪, 冯晨, 黄啸, 李江山, . 缓冲层−复合隔离墙−含水层系统中有机污染物二维运移规律研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 731-741. |
| [3] | 周建, 尚肖楠, 刘福深, 沈君逸, 廖星川, . 倾斜临空面下隧道掘进机滚刀贯入破岩研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 705-714. |
| [4] | 周小雄, 肖禹航, 龚秋明, 刘晓丽, 刘俊豪, 刘东鑫. 基于图像分析的TBM掘进参数与岩碴特征关系研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1142-1153. |
| [5] | 江文豪, 冯晨, 李江山, . 考虑温度变化下三层复合衬垫中重金属污染物一维运移理论模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 417-432. |
| [6] | 周建, 尚肖楠, 刘福深, 沈君逸, 廖星川, . 利用近场动力学方法模拟隧道掘进机滚刀三维贯入破岩[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2732-2743. |
| [7] | 孙浩凯, 高阳, 朱光轩, 徐飞, 郑新雨, . 隧道掘进机滚刀破岩动态荷载理论模型及试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1657-1670. |
| [8] | 闫长斌, 李高留, 陈健, 李严, 杨延栋, 杨风威, 杨继华, . 基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1153-1164. |
| [9] | 张魁, 杨长, 陈春雷, 彭赐彩, 刘杰, . 激光辅助TBM盘形滚刀压头侵岩缩尺试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 87-96. |
| [10] | 周洪福, 刘彬, . 考虑荷载方向效应的软硬相间层状岩体 综合变形模量取值研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3066-3076. |
| [11] | 史林肯, 周辉, 宋明, 卢景景, 张传庆, 路新景, . 深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1933-1943. |
| [12] | 吴鑫林, 张晓平, 刘泉声, 李伟伟, 黄继敏. TBM岩体可掘性预测及其分级研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1721-1729. |
| [13] | 宋丁豹, 蒲诃夫, 陈保国, 孟庆达, . 高填方减载式刚性涵洞受力特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 823-830. |
| [14] | 王立业, 周凤玺, 秦虎, . 饱和盐渍土分数阶蠕变模型及试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 543-551. |
| [15] | 刘鹤, 刘泉声, 唐旭海, 罗慈友, 万文恺, 陈磊, 潘玉丛, . TBM护盾−围岩相互作用荷载识别方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4946-4954. |
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