焦露琳，杨振兴，赵小龙

(1.中铁隧道勘察设计研究院有限公司，广东 广州 511458； 2.广东省隧道结构智能监控与维护企业重点实验室，广东 广州 511458； 3.盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001)

0 引言

刀盘、刀具是全断面岩石掘进机(简称TBM)破岩掘进的核心部件，承受冲击荷载的岩机耦合作用，易出现刀盘剧烈振动、局部疲劳损伤、面板开裂、刀具非正常磨损等问题[1-3]。特别是软硬复合地层，刀盘面板不仅承受刀具破岩冲击荷载，同时随刀盘转动呈周期性受力状态，加剧了刀盘、刀具疲劳损伤程度。因此，在刀盘、刀具设计阶段应充分考虑复杂恶劣的作业环境及掘进参数的多变性进行其结构优化设计[4]。

目前，大部分学者基于理论研究、数值模拟等手段研究刀盘、刀具的振动受力与变形规律，如凌静秀等[5]基于TBM刀盘系统动力学模型，从刀盘结构参数和掘进参数的角度分析了空间多点分布荷载下刀盘系统振动响应的参数影响规律；蒋建东等[6-7]利用LS-DYNA软件建立了单把滚刀与刀盘振动掘削过程的有限元动力学模型，并在推进方向和环向分别施加主动余弦激振，获得了刀盘振动与掘进参数的相关性。综合来看，刀盘、刀具侵压破岩为岩机耦合作用过程，不同地质条件和掘进参数将带来刀盘、刀具不同的振动响应。由于对岩机耦合作用引起的刀盘、刀具振动受力的模糊不确定性，对刀盘、刀具施加的初始激振力过于理想化，未充分考虑地层条件的差异及滚刀破岩耦合作用对刀盘、刀具振动的影响，导致理论和数值计算结果与实际刀盘振动规律存在较大差别。……