盾构刀具磨损机理及预测分析

来源：中国血液净化杂志2017年第8期北京时间：

作者：吴俊, 袁大军, 李兴高, 金大龙, 沈翔

单位：1. 北京交通大学 城市地下工程教育部重点实验室, 北京 100044;2. 北京交通大学 隧道与地下工程教育部工程研究中心, 北京 100044;3. 北京交通大学 土木建筑工程学院, 北京 100044

摘要：为准确判断和预测盾构刀具服役寿命周期，指导盾构掘进施工，采用理论分析推导和实测工程数据分析的方法，对盾构隧道掘进过程中的刀具磨损机理和磨损预测模型进行分析研究。基于金属摩擦学理论，分析得到盾构刀具磨损主要由磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损3种机制共同组成，其中磨粒磨损和黏着磨损是盾构刀具磨损的主要原因。针对盾构掘进刀具磨损定量计算，考虑磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损共同作用，结合Rabinowicz磨粒磨损、Archard黏着磨损和疲劳磨损计算公式，引入科罗拉多矿业大学滚刀破岩力学模型和中南大学切刀破岩力学模型，推导得到盾构滚刀和切刀磨损预测通用计算模型；基于大连某盾构区间的复杂地层刀具磨损实测数据，借助于MATLAB软件编程，对实测数据进行分析，并与预测模型计算值对比。结果表明：模型预测值与实测磨损数据的误差小于15%，表明了预测模型具有较好的准确性；采用该模型对不同地层条件下刀具磨损量预测可行，研究结果对盾构掘进中的刀具磨损预测和开仓换刀时机选择具有较好的指导意义和工程实际意义。

关键词：盾构隧道,盾构刀具,理论推导,磨损机理,摩擦学,磨损预测

基金资助：国家重点基础研究发展计划（“九七三”计划）项目（2015CB057802）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（2015JBZ008）