翟 强，顾伟红

(兰州交通大学 土木工程学院，兰州 730070)

1 研究背景

全断面硬岩掘进机(TBM)施工因其施工效率高、安全可靠、环保效益明显，成为大型隧道首选的施工方法。盘形滚刀作为TBM刀盘破岩的核心部件，其破岩性能与使用寿命决定了TBM掘进效率与经济性。因此对滚刀破岩性能、原理、磨损等方面的研究成为该领域的热点[1]。

目前，许多的理论方法、实验测试、数据模拟和现场观察都是围绕TBM的破岩机理和破岩性能进行研究，例如刀间距、滚刀类型、掘进参数、围压、岩石节理等对TBM性能影响因素的研究。Farrokh等[2]基于超过1 500 km的隧道数据库，利用回归技术提出了一种先进的预测模型，大大提高了TBM 性能预测的精确度。Entacher等[3]研究了一个滚刀的破岩过程，观察发现中缝在低围压情况下发生扩张，但当围压增加的时候，裂缝被限制。毛红梅等[4]利用实验数据，从高效破岩机理和刀盘刀具与围岩耦合作用规律两个方面进行了研究，对单刀及多刀破岩理论体系进行了完善。程永亮[5]运用有限元理论，采用扩展的Drucker-Prager非线性弹塑性本构模型作为岩石的本构模型，研究了TBM盘形滚刀的破岩效率及其最优贯入度。马洪素等[6]通过实验，研究了不同围压条件滚刀的法向力、滚动力和掘进效率的影响曲线，结果表明围压极大地影响着TBM现场掘进速率。张旭辉等[7]采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的破岩效率，并得出了双刃滚刀和单刃滚刀的最优刀间距。刘泉声等[8]总结了影响滚刀破岩效率的35种岩石脆弱指标，并通过实验表明了岩石单轴抗压强度可作为表征岩石脆弱指标的关键指标。……