[实用新型]一种TBM滚刀破岩试验台

说明书

一种TBM滚刀破岩试验台，包括岩石物料仓总成、刀具组件、刀具加载装置、液压泵站；岩石物料仓总成包括物料仓组件等装置；物料仓支撑座布置在基座；物料仓支撑机架固接在物料仓支撑座上部；物料仓组件借助物料仓传动主轴与物料仓支撑机架上的物料仓驱动装置动力相连；岩石块侧向夹持加载油缸为岩石块提供围压；物料仓驱动装置驱动岩石块绕物料仓传动主轴的中轴线回转；水平液压缸、垂直液压缸控制物料仓支撑机架的移动；刀座支撑座与基座固接；刀具加载装置与刀座支撑座上的刀具组件动力连接，为滚刀破岩提供动静耦合载荷；液压泵站与基座固接；端盖液压接头通过液压管道与液压泵站上的阀座相连。本实用新型可开展多种模式下的TBM滚刀破岩试验。

技术领域

本实用新型属于隧道工程领域，涉及一种破岩刀具模拟破岩试验装置，尤其涉及一种TBM(全断面硬岩掘进机)滚刀(盘形滚刀)破岩试验台。

背景技术

近年来，TBM(全断面硬岩掘进)掘进技术得到了快速发展，被广泛地应用于水利水电、交通、市政和国防等地下空间工程中。盘形滚刀(简称滚刀)是TBM上切削破碎岩石的主要刀具，根据其在TBM刀盘上的安装位置和安装倾角的不同，可分为中心滚刀(安装半径小于1.5m，安装倾角为0)、边缘滚刀(安装半径大于正滚刀，安装倾角不为0)和正滚刀(安装半径大于1.5m，安装倾角为0)。上述不同类型的滚刀，其破岩机理和切削性能也不同。研究表明，正滚刀的破岩机理为刃底挤压破岩与刃侧剪切破岩相结合；中心滚刀同样存在刃底挤压破岩效应，但由于其安装半径相对于正滚刀而言较小，导致其刃侧会产生较为强烈的侧碾效应(刀刃靠近刀盘中心的一侧会碾压岩石)；边滚刀由于倾斜安装在刀盘上，故破岩时存在相对较严重的单侧剪切破岩现象，极易导致刀圈的偏磨。

此外，TBM掘进隧道沿线的岩体在未开挖状态下，其上下、左右、前后方向都受周围岩体的挤压作用(即存在围压效应)，而TBM掌子面上待切削的岩石同样存在围压效应。围压效应与隧道埋深和地质构造情况有关，会对被切削岩石的失效机制产生一定影响(如高围压下部分岩石会存在短暂的塑性失效行为)，继而影响了刀具破岩机理(如深部地层下的高围压一般会降低岩石裂纹扩展能力和刀具的破岩效率)。从能量角度来看，当第一把滚刀侵入岩石时，其刃底局部岩石受到的应力一部分会传递给周边岩体，故高围压条件下，刃底岩石吸收能量大于耗散能量且达到破碎的能量阈值会大大增加。

另外，动静加载方式的不同，也会影响刀具的破岩机理和切削性能。如给定静载荷条件下，额外施加的动载荷无疑会增加切削总能耗，但促进了岩石裂纹扩展和岩石破碎块的生成，故会降低刀具的切削比能耗。

需要补充说明的是，区别于传统的回转滚压破岩模式，临空面破岩模式具有不同的破岩机理和破岩效率，属于一种新型的TBM破岩模式。该破岩模式下，当第一把滚刀完成一次回转切削后，掌子面上的岩体会留下一条环形切槽；该环形切槽的两个侧表面为自由面；任一个自由面为与其相邻的滚刀(简称相邻滚刀)后续回转切削提供了一个临空面；所述相邻滚刀产生的切削应力仅传递至该临空面上(掌子面上的岩体不再连续，无法把该应力继续传递下去)，并在该临空面周围集中；所述相邻滚刀与该临空面一侧的岩石最终会因侧向裂纹与该临空面交汇而形成岩石破碎块。换言之，TBM真实切削工况下，待切削原岩，除其待切削表面为自由面外，其与滚刀刀刃靠近的一侧存在凹形槽等临空边界，该临空边界也为自由面，利用该临空面的尺寸边界效应，可促进岩石裂纹的交汇，形成较大的岩石破碎块。