胡 涵，米永振，郑 辉

(上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

面向高效推进的硬岩隧道掘进机前支撑刚度优化设计

胡 涵，米永振，郑 辉

(上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

隧道开挖主要由硬岩隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）的刀盘系统破岩过程和推进系统的推进过程实现，但破碎硬岩时刀盘的振动可导致推进效率的下降，也可造成关键部件的破坏。以TBM的抑振减损、高效推进为目标，开展了对其刀盘振动影响较大的前支撑刚度等参数的优化设计。首先，建立了TBM刀盘系统与推进系统的集中参数模型，分析了主要部件在破岩激励下的响应；其次，分别以刀盘的振动烈度和机器的推进能效比为目标函数，对前支撑刚度和推进刚度开展多目标优化，得到了优化问题的Pareto前沿；最后，通过对Pareto前沿进行拟合和采样，获取对应不同工况的前支撑刚度的取值空间。研究成果对工程实际中TBM的减振增效、优化设计具有指导意义。

振动与波；硬岩隧道掘进机；振动烈度；推进效率；优化设计

硬岩隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）是在铁路、公路和水利等方面的大规模基础设施建设中，对地下空间进行开发和利用的重大装备。在高硬度、高地应力、高石英含量的地质环境下，TBM破碎硬岩时产生的强烈冲击可引起机器的剧烈振动，导致掘进效率的严重降低，并进一步造成刀具损耗、刀盘卡困和关键构件失效等问题。

随着近年来TBM的广泛使用，其振动问题也日益受到重视。……