[发明专利]全断面岩石掘进机滚刀米字型结构布置方法

权利要求书

1.一种全断面岩石掘进机滚刀米字型布置方法，其特征在于：

(1)根据引水隧道工程的地质报告，确定地质参数和施工掘进参数；地质参数 包括：岩石无侧限抗剪强度τ，岩石单轴抗压强度σ，岩石的巴西抗拉强度σ_τ， 围岩稳定性；施工掘进参数包括：掘进速度，刀盘转速；若地质报告不能提 供所需要的地质参数，则需要进行围岩地质采样，进行岩石单轴抗压抗拉实 验来获取相关地质参数；

(2)盘刀在面板式刀盘上布置时，需要满足刀盘整体技术性能指标，包括刀盘 受到的侧向力、牵连惯性力、倾覆力矩、干涉面积、相邻滚刀非顺次破岩数 量和质心；

(3)设刀盘直径为D，确定米字型规则分支线的数量为q，其中D≤q≤αD，α 为放大系数，1≤α≤6，α数值随刀盘直径增大而减小；米字型规则分支线以 刀盘回转中心为起点，每隔角度画出q条射线，分别逆时针标号为1～q， 刀盘直径为D=8m，根据公式D≤q≤αD，刀盘上米字型分支数量范围为 8≤q≤48，由于此刀盘为中等规模刀盘，因此设定q=20；则相邻两条分支相 差的角度为以刀盘回转中心为起点，每隔角度画出20条射线，分 别逆时针标号为1～20；

(4)确定米字型布置区域：设第一把边滚刀的极经为ρ_t=3646mm，以刀盘 回转中心为圆心，半径为3646mm画一个圆，确定圆内区域为滚刀米字型布置 区域，此圆以外到刀盘边缘的环形区域为滚刀随机布置区域；

(5)设刀盘上正滚刀的布置数量为n₁=33，相邻正滚刀顺次布置角度差为 θ_d=54，以刀盘回转中心为起点，各正滚刀在刀盘上极经ρ_t为半径，画33个同 心圆，每一个同心圆与q=20条射线相交于20个交点，此20个交点为正滚刀 可选择的布置参考点，所有参考点的集合记做L，L={L₁,...,L_q}；对33个正滚刀 进行米字型布置，构造辅助方程：其中k为正滚刀的序号k={1,…,n_l}， θ_k为第k把正滚刀的位置角，当k为奇数时，第k把正滚刀位置按照辅助方程求解 得到；当k为偶数时，第k把正滚刀位置θ_k=θ_k-1+π；同时使得在布置过程中满 足|θ_k-θ_k-1|≥θ_d和|θ_k+1-θ_k|≥θ_d；

(6)根据隧道地质条件、施工要求、刀盘整体技术性能要求和米字型规则， 建立TBM刀盘上滚刀布置问题的计算模型；

(7)将原滚刀布置问题分解为正滚刀布置子问题和边滚刀布置子问题，采用 双子问题协同进化方法确定所有边滚刀的布置位置。

2.如权利要求1所述的一种全断面岩石掘进机滚刀米字型布置方法，其特征 是，TBM刀盘上滚刀布置问题的自动化求解模型根据滚刀布置自动化求解模型 的多峰、非连续、非线性、多目标的特点，采用协同进化方法求解；刀盘结 构上有一个圆柱形的布局空间，布局空间中按照功能布置不同的刀具，刀具 按照种类可分为中心滚刀、正滚刀、边滚刀，各类刀具根据功能结构不同， 受力计算方式也不同，按照刀具的功能来进行协同进化子问题分解，根据刀 具种类的不同，分为两个子问题，第一个子问题为正滚刀布置子问题，第二 个子问题为边滚刀布置子问题；第一个子问题中正滚刀位置已经通过米字型 规则确定，对第二个子问题赋予一个子群体，两个子群体进行协同求解，获 取边滚刀位置。