苏翠侠，王燕群，蔡宗熙，亢一澜，黄 田

(天津大学机械工程学院，天津 300072)

盾构掘进机是目前隧道掘进的专门工程机械，被广泛用于地下交通、运输管道等隧道工程建设．施工过程中刀盘系统与土体相互耦合作用，并受到地质等因素的影响，刀盘载荷十分复杂，因此，研究刀盘载荷分布规律，分析刀盘系统与土体的适应性，对优化刀盘拓扑结构、提高施工效率具有指导意义．

盾构刀盘的作业空间处于地表以下，属于封闭式作业且工作环境复杂多变，无法直接观测刀盘在掘进过程中的载荷分布，因此目前针对刀盘载荷的研究较少．以往对盾构刀盘的研究主要集中在简化理论与模型实验等方面：简化理论方面主要是通过分析各种刀具的切削机理[1]推导盾构掘进所需总载荷[2]，进而分析刀盘一般设计理论及其影响因素[3]；模型实验方面主要是通过制造等比例小型简化刀盘，进行土箱实验分析不同地质条件和掘进参数对掘进推力、扭矩等载荷的影响[4]；另外一种方法是结合大量的实际工程的施工数据建立刀盘掘进参数的经验公式[5]，总结各种刀具破坏形式及其检测方法[6]，对影响刀盘掘进效率的因素进行分析及改进．

近年来随着数值技术的发展，有限元法为研究盾构刀盘载荷提供了一种新工具．盾构刀盘的载荷主要由刀盘与土体相互作用产生，刀盘掘进过程本质上可以视为动态的切削问题．采用有限元法从切削角度分……