乔金丽 徐源浩 陈小强 刘建琴 胡建帮

1.河北工业大学土木与交通学院，天津300401；2.山东惠裕土木工程有限公司，济南250101；

3.天津大学机械工程学院，天津300072

全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TMB）的安全高效性远高于钻爆法［1］，在隧道挖掘、矿藏开采等方面得到广泛应用。其破岩过程是由安装于刀盘上的刀具在掘进机提供的推力和扭矩作用下，滚压岩石，致使岩石破碎、剥离。其中，盘形滚刀是刀盘所载刀具系统中最主要的刀具。研究滚刀在破岩过程中的受力磨损机理、滚刀布置是否合理等对于提高破岩效率、优化滚刀及刀盘设计具有重要意义［2］。

众多学者对滚刀破岩过程进行了研究。张照煌［3］用压痕试验模拟掘进机破岩，认为剪切破坏是盘形滚刀破裂岩石的主要形式。胡怡等［4］通过对刀圈表面进行扫描电镜分析及金相分析，提出微观变形疲劳磨损是滚刀磨损的主要形式。物理试验法成本较高，因此具备成本低、数据收集简洁、可模拟多种环境等优点的数值模拟方法被广泛应用于滚刀破岩机理的研究［5］。谭青等［6］采用有限元软件研究了刀刃角、贯入度等对单刃滚刀破岩过程的影响。张彪等［7］采用颗粒离散元法分析了滚刀破岩过程中的动态受力特征。张魁等［8］通过UDEC程序建立了双滚刀侵入岩石模型，研究了围压和刀间距对破岩效率的影响。张照煌［9］提出滚刀掘进中正刀的侧向滑移对刀具的磨损影响最大。李丰华［10］提出磨损量与摩擦耗能成正比，且比例系数与材料性质有关。……