孙瑞雪, 段文军,2, 牟 松,2, 王好平, 张蒙祺*, 莫继良

(1. 西南交通大学 盾构/TBM装备摩擦学设计实验室, 四川 成都 610000;2. 中铁工程服务有限公司, 四川 成都 610083)

盾构机与TBM(全断面硬岩隧道掘进机)由于其高效性、经济性和安全性而被广泛地应用到隧道掘进工程中[1-2]. 盾构刀具作为切割岩石的主要工具，其磨损及更换不仅会严重制约施工速度，还会极大增加施工成本[2-5]，因此，国内外众多学者都在研究其磨损特性及机理，以期找到减缓盾构刀具磨损的合理措施，从而提高盾构机作业效率.

Fig. 1 Schematic of the rock cutting process by TBM cutters图1 滚刀破岩过程示意图

针对盾构滚刀磨损机理问题，学者们采用有限元/离散元分析和试验等方法开展了大量研究工作. 如李等[6]基于CSM模型研究了贯入度对滚刀磨损的影响；Jin等[7]采用离散元算法研究了岩层参数及施工参数对滚刀磨损的影响；王等[8]利用磨蚀试验台研究了滚刀形状及贯入速度对滚刀磨损的影响. 这些研究发现滚刀的磨损受多方面影响，如施工参数、滚刀刃形和岩层性质等[6-9]. 但在以上的研究中，学者们采用的皆为线性切割磨损试验机[8-9]，而盾构机施工时，滚刀在后方设备推力与刀盘转动的共同作用下对岩石进行切削[10]. 在滚刀作用下硬岩通常发生弹脆性破坏：当载荷超过临界值时，岩石内部应变能突然释放并伴随滚刀下方岩石破碎，此时滚刀法向位移突进形成冲击.此外，岩石表面为宏观不平顺形貌，虽然滚刀是被动旋转，但滚刀表面与岩石之间……