何佳闻

南京农业大学 工学院,江苏 南京 210031

盾构机(Shield Tunnel Boring Machine)是工程机械装备制造业的标志性产品，也是当今世界上最先进的地下工程与隧道掘进超大型专用设备，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能[1]。目前随着工业化技术的进程以及智能化的发展，限制盾构机发展制造的主要因素有盾构机的速度，切割头的扭矩，构机千斤顶的推力向前移动，其效率与切割室内压力的稳定性、从切割室中取出泥土的数量和质量等有关。同样这些因素也严重影响了盾构机的使用，造成了刀具的失效等[2]。鉴于此，开展盾构机刀具失效过程的力学分析与影响因素探究非常必要。以某地铁线盾构机挖掘过程中刀具失效为工程背景，对其失效过程、影响因素进行了深入分析与探讨。

1 工程应用方案

针对某城市地铁隧道盾构机挖掘过程中钎焊材料刀具的失效性分析。在该地区，岩石的无侧限抗压强度（UCS）约为2.5～54.4 MPa，而UCS在另两种情况约为70～100 MPa[3,4]。对于较软的岩石，圆盘切割机深入岩石，意味着接触切割环与岩石之间的面积比较大。对于坚硬的岩石，穿透深度较浅，接触面积较大相对较小。因此，切割环上的正常冲击载荷是主要的。另一方面，刀环的材质是由硬质合金制成，能够承受高正常冲击载荷但易受侧向载荷。因此，这是合理的将切割环断裂归因于切割环上的侧向力。

2 数据模拟

2.1 模型设计

图1显示了刀具环切的三维（3-D）模型设计图，其中（a）总体图，（b）切割刀具环，（c）切割刀具主体。……