科研進展
???隨著我國“一帶一路”、CZ鐵路、長江經(jīng)濟帶等國家戰(zhàn)略逐步實施,急需建設大量公路鐵路隧道、超長水工隧洞、礦山巷道等。TBM(全斷面隧道掘進機)以其快速、高效、環(huán)保、智能化等獨特優(yōu)勢成為長大隧道(隧洞、巷道)建設的最佳選擇和必然發(fā)展方向。然而,自TBM誕生至今已有百年,機械刀具破巖模式從未改變,導致傳統(tǒng)TBM的掘進效率已達到瓶頸,從技術上再無顯著提升空間。因此,在不改變傳統(tǒng)TBM主體結構框架的基礎上,通過把傳統(tǒng)刀盤刀具機械破巖與水力、激光等技術組成聯(lián)合破巖方式,研發(fā)新型高效的聯(lián)合破巖技術,實現(xiàn)我國TBM破巖方式“從0到1”的技術創(chuàng)新,成為解決當前TBM高效快速破巖難題的重大突破點。
???對此,中國科學院武漢巖土力學研究所巖體工程多場耦合效應團隊開展了新型水力聯(lián)合破巖技術研究,取得的主要研究進展包括:研制了高圍壓水力聯(lián)合線性破巖試驗系統(tǒng),可開展30MPa圍壓條件下的常規(guī)類型滾刀、多技術預處理以及水力聯(lián)合的線性切削破巖試驗;揭示了“兩側水刀預先切槽+中間刀/齒滾壓破巖”聯(lián)合破巖機制,揭示了切槽深度控制下的3種破巖形態(tài):欠深度切槽,充分深度切槽以及過深度切槽,確定了切槽深度“可行的”最優(yōu)區(qū)間;開展了不同巖性、刀具類型、槽深、槽間距、貫入度等參數(shù)影響的線性切削破巖試驗,提出了“切多深、破多深”的最優(yōu)破巖效果的參數(shù)優(yōu)化匹配技術;開展了不同巖性純水、磨料的高壓水射流切槽試驗,獲得了高壓水射流切槽影響因素及規(guī)律,建立了重復切割深度預測模型,并基于此提出了刀盤布局設計方法。
相關研究成果發(fā)表論文7篇,申請發(fā)明專利50項(已授權12項,其中1項美國發(fā)明專利)、授權實用新型專利20項。
圖1 高圍壓水力聯(lián)合線性破巖試驗系統(tǒng)
圖2 水力聯(lián)合破巖模式:兩側水刀預先切槽+中間刀/齒滾壓破巖
圖3 槽深控制的3種破巖形態(tài)
圖4 切槽深度“可行的”最優(yōu)區(qū)間
圖5 最優(yōu)破巖效果:切多深、破多深