王鑫

（中国铁建投资集团有限公司，北京100039）

1 漂卵石地层盾构破岩机理

1.1 滚刀破岩机理

岩石在收到滚刀的挤压、剪切及挤压、剪切两者的综合作用下产生了裂纹，随着滚刀穿透程度的提高，岩石内部的裂缝继续扩大到周围区域，直至相邻根滚刀之间产生的裂纹交叉，相邻滚刀之间的岩石剥离并与岩体分离，最终岩石破碎。图1是滚刀的挤压示意图，挤压的独有特征便是滚动力矩M和轴向力P共同作用使滚刀压入岩石，滚刀前进岩石连续破碎。

图1 滚刀挤压破岩

动力中最主要的参数是扭矩，扭矩有对岩石挤压、破碎的作用，是破碎作用力的主要构成部分；扭矩以及其他参数是由挤压推力决定的。

1.2 切削刀破岩机理

盾构机切刀的切削原理如图2所示，在盾构向前推进、刀盘旋转时，切刀做两个方向运动：①沿着掌子面掘进的方向运动，此时，产生相应的垂直切削力，它决定着切刀的切削厚度；②沿掌子面方向运动，此时产生相应的水平切削力，它起着对岩石疏松、剥离的作用。在这一运动过程中，岩石的应力超过强度极限时，岩石开始破坏，最终导致岩石的整体开始破碎，进而从开挖面分离剥落出去。

图2 切刀切削机理

1.3 组合滚刀破岩机理

组合滚刀在破岩时主要受到来自三个方向滚动力FR、侧向力Fs、垂直力Fv的作用，如图3所示。

图3 组合滚刀破岩受力

1.3.1 Evans预测模型

Evans预测模型基本理论认为，在盾构施工过程中，盘形滚切刀圈压入岩石时的垂直力Fv随着接触面投影面积Ap的增大而增大，二者之比即为岩石的单轴抗压强度，见式（1）：