李　琳　张峰榕　陶建峰　刘成良

上海交通大学，上海，200240



基于断裂力学的TBM撑靴液压缸O形圈断裂分析

李琳张峰榕陶建峰刘成良

上海交通大学，上海，200240

摘要：为研究全断面岩石隧道掘进机(TBM)的撑靴液压缸中O形圈的断裂原因，采用断裂力学分析了不同泊松比和初始裂纹情况下，O形圈可承受的最大应力，并采用ANSYS仿真分析了在某型号TBM实际工作情况下的O形圈的受力情况。结果表明,在TBM工作过程中，由于工作条件的复杂，O形圈的局部应力会超出裂纹迅速扩展时能够承受的最大应力，进而使O形圈断裂。根据理论分析和仿真结果得出，为了避免O形圈断裂，TBM撑靴液压缸的O形圈应严格控制微裂纹并选择较大泊松比。

关键词：全断面岩石隧道掘进机；断裂力学；O形圈；有限元仿真

0引言

与传统的爆破施工相比，由全断面岩石隧道掘进机(full face hard rock tunnel boring machine， TBM)修建的隧道具有高效、安全、岩壁质量好等特点，是目前长大隧道施工的重要方法，广泛应用于铁路、公路、水电工程和城市地铁等重大工程[1]。撑靴液压缸为TBM的掘进提供支撑力，若其出现故障，TBM将无法工作。经调研，撑靴液压缸易出现密封件断裂、活塞杆划伤、缸体点蚀等损伤，造成液压油泄漏、支撑力不足等故障，导致TBM停机，造成巨大的时间和资金的损失。因此，对撑靴液压缸的损伤机理进行分析有重要的研究意义。

液压缸具有结构简单、工作可靠、传递功率大等特点，常用于工程机械中，液压缸的密封件可以防止工作介质的泄漏以及外界污染物的侵入，其密封性能和损伤的研究受到了极大关注。……