机械工程学报

作者：刘送永, 周方跃, 割泽伸一, 郭楚文, 李洪盛

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221116;2. 中国矿业大学江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心 徐州 221008;3. 东京大学新领域创成科学研究科 千叶 277-8589 日本;4. 中国矿业大学低碳能源与动力工程学院 徐州 221116

关键词：磨料浆体射流,TBM刀盘,扭矩,推进阻力,比能；

基金：江苏省杰出青年基金(BK20211531)、安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金(2023yjrc34)和江苏省基础研究计划(自然科学基金)青年基金(BK20210516)资助项目。

针对高地应力环境以及高硬度、强磨蚀性等复杂岩层条件下隧道施工所面临的滚刀频繁失效问题，利用高压水射流辅助机械刀具破岩技术的降载减磨特性将切割能力相比纯水射流更强的磨料浆体射流引入TBM刀盘，并基于预切缝联合滚刀破岩载荷特性对射流喷嘴于刀盘上的布置方案进行合理设计，在此基础上结合已有试验条件开展水射流-刀盘对混凝土岩样的室内截割试验，探究岩样抗压强度、射流压力、刀盘转速与推进速度对刀盘截割性能的影响规律以及各因素间的相关关系。研究结果表明：岩样抗压强度、刀盘转速与推进速度的增加均会推升刀盘扭矩与推进阻力水平，磨料浆体射流的存在有助于改善刀盘的载荷状态并削弱相关因素的影响水平，且射流压力愈高效果愈显著，但由于高压水射流切割破碎岩石比能相对于机械刀具更高，磨料浆体射流的引入在提升刀盘掘进速度的同时亦拖累了施工的经济性。各因素对刀盘扭矩的影响主次顺序依次为岩样抗压强度、刀盘转速、推进速度、射流压力，而对刀盘推进阻力的影响主次顺序则依次为岩样抗压强度、推进速度、射流压力、刀盘转速。

来源：2024年第15期

《机械工程学报》期刊编辑部

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