基于脉冲涡流的TBM盘形滚刀磨损检测方法

为保障TBM高效安全运行，提出一种脉冲涡流检测（PECT）的刀圈径向磨损量无损检测方法。先基于Maxwell时变电磁场理论建立有限元模型，采用控制变量法探究线圈高度、内半径和外半径3个激励线圈参数的优化策略；再搭建刀圈径向梯度化磨损量无损检测有限元模型，研究刀圈径向磨损量与前期电压信号积分值的映射关系，提取可连续反映刀圈磨损程度的特征量，并研究不同提离距离下刀圈径向磨损量与特征量的映射关系。结果表明：在给定激励线圈外半径取值的前提下合理调节内半径取值，可最大程度兼顾对激励线圈高分辨率、强耦合程度的要求；检测线圈与刀圈的最远距离为64 mm，在满足48.26 cm刀圈最大径向磨损量为35 mm的基础上保留了29 mm余量，比传统涡流检测的最远提离距离提高了83%；该方法提高了探头远距离检测能力，保障了探头安装空间，同时显著降低了探头被岩碴刮擦损伤的风险。     

硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题，结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例，采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量，构建正面滚刀磨损预测模型，分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征，得出以下结论：(1)在800 m的掘进距离内，平均每个刀位换刀3.18次，随着滚刀安装半径增加，单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低，其累计磨损量呈幂指数增加；(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长，且拟合相关系数较高，表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用；(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素，可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测，此外，验证了滚刀磨损预测模型的准确性，预测值与实测值误差不超过13%。     

深圳地铁岩质地层双模盾构卡机原因及对策研究

深圳地铁双模盾构在开挖岩质地层时，发生了多起卡机事故。为研究双模盾构卡机原因，并提出相应的预防处置措施，开展现场调研，统计了卡机位置的地质特征、盾构掘进参数和刀具磨损情况。结果表明：(1)双模盾构卡机与掘进模式及断面埋深有关，卡机主要发生在采用土压模式掘进的硬岩地层中，卡机断面均位于中等和大埋深位置；(2)卡机发生前，掘进参数出现异常变化，总顶推力显著提升，刀盘扭矩随之降低，盾构掘进速率缓慢下降，在卡机前短时间内剧烈减小直至为0;(3)边滚刀偏磨引起的扩挖间隙减小是造成卡机的主要原因，边滚刀在阻力矩作用下停止转动，其承受的滚动摩擦转变为滑动摩擦，刀具磨损速率上升产生偏磨，开挖直径随之减小；(4)垫高边滚刀能增大扩挖尺寸，对卡机进行预防，当卡机发生后，应依次采取减小盾壳摩阻力、提升顶推力和增大扩挖间隙的方法使盾构脱困。     

不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响

滚刀位于全断面隧道掘进机（TBM）最前端，与岩石直接发生接触，是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓（刃形）对其破岩性能的影响机理和规律，对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型，针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀，选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定10 MPa围压；然后，开展滚刀破岩仿真，通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果，对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究；最后，通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明：滚刀刃形对其破岩性能影响显著，在本文所涉及参数范围内，对于多数岩石强度与围压组合，圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能，平均降低19.8%；圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低32.6%，表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少，而二者产生的岩石碎片总体积相差不大（平均差值7%），则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述，两种常用滚刀刃形相比，在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀.