[發明專利]一種盾構滾刀刀具磨損預測方法

在審

• 申請號: 202010009506.4
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111005733A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 張軍偉;張驍;李雪;郭亮;紀佑軍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21F17/00;E21F17/18;G06Q50/02
• 代理公司: 成都四合天行知識產權代理有限公司 51274
• 代理人: 郭受剛;王記明

本發明公開了一種盾構滾刀刀具磨損預測方法，包括以下步驟：獲取塑性去除機制引起的單位位移磨損量、脆性斷裂機制引起的單位位移磨損量、粘著磨損引起的單位位移磨損量、疲勞磨損引起的單位位移磨損量、滾刀上正面一點轉動一圈后破巖弧長、滾刀轉動一圈側面一點的空間破巖弧長、滾刀法向切削力及滾刀受到的水平力；計算出滾刀轉動一周引起的刀圈正面徑向磨損和磨損體積；計算出滾刀轉動一周引起的刀圈側面磨損量和磨損體積；根據四種磨損乘以各自擬合系數后相加得到刀圈正面磨損體積和刀圈側面磨損體積；生成損耗量預測模型并進行磨損量預測。本發明應用時能預測盾構刀具服役壽命，且能提升預測精度，解決刀具磨損嚴重及開倉頻繁等問題。

技術領域

本發明涉及盾構隧道施工技術，具體是一種盾構滾刀刀具磨損預測方法。

背景技術

隨著人口急劇膨脹和城市化速度加快，土地資源貧乏、地面交通擁擠的問題愈發嚴峻，公共設施、道路和橋梁已將地面空間大范圍覆蓋，因此開發地下空間和快速修建城市地鐵對于城市建設非常緊迫。盾構法掘進因其施工速度快、對復雜地層適應性強、對周邊環境干擾較少等優點，得到了快速發展和廣泛應用，日益成為城市地鐵首選的施工方法。

在盾構法施工過程中，刀盤上安裝的滾刀作為開挖地層的主要工具，在掘進時會發生不同程度的磨損。停機換刀，對刀具進行檢查、維修及更換，均會對施工效率、成本及施工安全性產生影響。當盾構機掘進過程中遇到砂卵石地層或復合地層時，刀具與大粒徑卵石作用時由原來的點接觸變為線或面接觸，受力面增大，磨損更為嚴重。

盾構掘進中的砂卵石復合地層磨損預測研究已成為盾構施工的關鍵技術，有關盾構工程刀具磨損機理、磨損預測及優化措施的研究，對解決砂卵石地層盾構施工磨損較大和換刀頻繁等問題有重要的理論指導和現實意義。目前尚無準確的理論或方法來預測砂卵石地層滾刀磨損量，國內的預測方法多為單一關系式且由于樣本數據較少，所涉及的算式具有片面性，這導致使用誤差較大。國外主要磨損預測方法為基于CSM模型實現和基于NTNU模型實現兩類方法，其中，CSM模型根據不同巖石對滾刀刀圈的不同磨損程度提出磨蝕性指數(CAI)來預測滾刀壽命，此模型巖體中節理裂隙對掘進機效率的影響考慮不夠；NTNU模型用特定的磨耗值(AV)來預測滾刀壽命(CLI)，此模型主要基于挪威火成巖和變質巖的數據，采用的巖石試驗不被廣泛采用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種盾構滾刀刀具磨損預測方法，其應用時能預測盾構刀具服役壽命，且能提升預測精度，解決刀具磨損嚴重及開倉頻繁等問題。

本發明的目的主要通過以下技術方案實現：

一種盾構滾刀刀具磨損預測方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取塑性去除機制引起的單位位移磨損量τ_Rab、脆性斷裂機制引起的單位位移磨損量τ_B、粘著磨損引起的單位位移磨損量τ_Arc、疲勞磨損引起的單位位移磨損量τ_fat、滾刀上正面一點轉動一圈后破巖弧長S、滾刀轉動一圈側面一點的空間破巖弧長S’、滾刀法向切削力及滾刀受到的水平力；