全断面隧道掘进机锥面刀盘滚刀破岩机制研究

为揭示全断面隧道掘进机（TBM）锥面刀盘的滚刀破岩机制，明确滚刀安装排布对岩石破碎效果的影响规律，在对锥面刀盘多台阶悬切破岩模式分析的基础上，基于颗粒离散元方法构建锥面刀盘滚刀破岩数值模型并进行试验验证，开展锥面刀盘“平-锥”过渡区域滚刀破岩过程的数值模拟研究。研究结果表明：锥面刀盘锥区滚刀的破岩本质为临空面辅助破岩，破岩效果受到盘面锥角、滚刀间距、滚刀安装倾角的共同影响；为提高锥面刀盘破岩效率，可适当增大盘面锥角、减小锥区滚刀间距、增大滚刀安装倾角使锥区“斜刀正装”；对于抗压强度为180 MPa的极硬花岗岩，为确保高效破岩，建议盘面锥角为25°，锥区滚刀间距不大于70 mm，滚刀安装倾角与盘面锥角接近。     

不同围压下节理岩体中TBM滚刀破岩效率研究

为提高TBM掘进效率,降低TBM施工成本,有必要研究节理岩体中的滚刀破岩效率。为此,文章采用二维离散元软件UDEC研究在不同围压下,节理间距、节理倾角、滚刀间距及贯入度对破岩效率的影响规律。研究表明:(1)节理倾角以30°附近为界向上增加或向下减小,比能耗随围压增加而减小的趋势变缓,并且在接近90°和0°时,围压的增加对滚刀破岩呈现不利影响;(2)节理岩体节理间距越小,比能耗受围压影响越明显。随着节理间距的增加,围压对比能耗的影响逐渐弱化,直至消失;(3)节理倾角0°附近,在满足安装要求的情况下滚刀间距宜取小值;节理倾角30°附近,刀间距100 mm左右时比能耗最小;节理倾角60°时,刀间距120 mm左右比能耗最小;(4)在滚刀之间裂隙贯通的前提下,节理岩体取较小贯入度时破岩效率较高。     

硬岩掘进机高压水砂前混破岩影响因素试验研究

将前混合磨料水射流破岩技术应用于硬岩掘进机（TBM）上，有望解决隧道施工过程中遇到高强度岩石时，传统滚刀破岩效率低、成本高的难题，但前混合磨料水射流破岩受多种因素影响，系统复杂，在TBM破岩掘进领域的应用还不够成熟。基于此，利用高压水、砂破岩试验装置，开展了固定状态下喷头定时、移动状态下喷头定速的对比试验，研究不同静水压、射距、喷嘴的运动状态对磨料平均消耗量以及破岩坑槽深度和宽度的影响，针对破岩宽度效果，各因素影响大小依次为移动状态、射距、静水压；针对破岩深度，各因素影响大小依次为移动状态、静水压、射距。通过探究前混合磨料水射流技术的破岩最佳参数，为TBM的新型破岩技术研究提供依据。     

循环冲击下灰岩动态破坏的围压效应

为优化地下工程巷道围岩掘进爆破参数和控制爆破对围岩的扰动，亟需掌握围岩的动态力学特性和破坏、能耗等特征，借助分离式霍普金森压杆（SHPB）开展灰岩在三维动静组合循环冲击下的试验研究，分析一定轴压、不同围压和循环冲击耦合作用对灰岩峰值应力、动态抗压强度、破坏特征以及能量吸收率等的影响。结果表明：当轴压一定时，灰岩在相同冲击次数下的峰值应力和动态抗压强度随围压的增大先增大后降低，破坏程度随围压的增大先减轻后加剧，说明适当地增大围压会提高灰岩的抗冲击性能，但这种提高并不是无限的，围压过高会使灰岩的内部损伤劣化，进而降低其抗冲击性能；灰岩的能量吸收率随冲击次数呈多项式关系，其吸收的冲击入射能随着围压的增大先降低后升高，适当的围压会降低灰岩的吸收能，但过大的围压会使灰岩试样吸收能明显升高。因此，地下工程在爆破开挖前，可根据围岩应力检测判断围岩受力状态，进而预判不同单响药量下的破岩效果，为调整和优化爆破参数以及控制爆破对围岩造成的损伤和扰动提供理论支撑。     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。