采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 452-462.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0504
李娟娟1,2,邓龙传1,3,张弛4,许文涛3,付天池1,2,李晓昭1,2
摘要： 厘清盾构掘进机械地质相互作用对于提升刀具使用寿命和掘进效率至关重要。当前研究主要关注滚刀贯入破岩作用,关于刮刀切削破岩作用知之甚少。从室内试验尺度出发,聚焦盾构刮刀机械地质切削作用,基于大直径旋转切削试验平台开展2种贝壳刀和1种元宝刀的切削性能研究,从盾构切刀设计理念分析3种刮刀的结构特征及作用,并进一步对比分析刮刀切削特征。试验研究发现:元宝刀切削法向力、切向力和侧向力随切削深度增加而增大,侧向力随切削半径增加而减小,而法向力和切向力不受切削半径变化影响;切削顺序影响刀具受力,偶数槽下Ⅰ型贝壳刀法向力、切向力和侧向力随切削深度增加而增大,奇数槽下先增大后减小,且随切削半径增加Ⅰ型贝壳刀受力呈现锯齿状周期变化规律,Ⅱ型贝壳刀切削受力特征与Ⅰ型贝壳刀相似;元宝刀前刃相比后刃磨损较为明显,Ⅰ型贝壳刀刀刃磨损并不突出,Ⅱ型贝壳刀磨损最小;盾构刀具切削受力表现为Ⅰ型贝壳刀>Ⅱ型贝壳刀>元宝刀。试验表明,盾构掘进采用元宝刀切削砂浆更为容易,对盾构机性能要求更低。该研究工作对于优化盾构掘进参数和提高刀具使用寿命具有重要的工程参考价值。
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