应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法制造技术

本发明专利技术涉及应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，属地下隧道工程施工技术领域。为定量预测盾构机掘进复合地层时不同刀位的滚刀磨损量，以滚刀磨损的逐刀量测及相应的破岩体积的分层统计为基础，将位置各异的滚刀磨损比耗指数SWI(单位破岩体积对应的滚刀磨损增加量)按地层分类统计，得到适用于均质地层的SWI预测方程。SWI同时考虑磨损量与滚刀安装位置、掘进距离的关系，物理意义明确，SWI预测方程预测精度高。根据SWI预测方程系数与岩性的相关性，提出了应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法。本发明专利技术基于工程勘察资料，方法合理，步骤明确，有利于科学编制预算、合理安排换刀时机、提高盾构掘进效率，具有重要的理论意义与实用价值。

Prediction of hob wear by hierarchical summation method using wear specific consumption index

The invention relates to a layered summation method for predicting the amount of hob wear by applying the specific wear rate index, which belongs to the technical field of underground tunnel construction. Prediction of shield tunneling in complex strata of different cutter hob wear quantitatively, by stratified statistics by measuring the amount of wear of hob cutter and rock breaking volume as the foundation, will be different than the hob wear position consumption index SWI (unit rock breaking volume corresponding to the increase in the amount of hob wear) according to the stratigraphic classification statistics. Applicable to homogeneous reservoir prediction of SWI equation. SWI considering the relationship between the amount of wear and the location and distance of the hob, the physical meaning is clear, and the prediction accuracy of the SWI equation is high. According to the correlation between the coefficient of SWI prediction equation and lithology, a method of hierarchical summation for predicting the wear rate of hob is put forward by using wear ratio consumption index. The method based on the engineering investigation data is reasonable and has definite steps, and is favorable for scientific preparation of the budget, reasonable arrangement of the time for changing the knife, and improvement of the tunneling efficiency of the shield, and has important theoretical significance and practical value.

【技术实现步骤摘要】
应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法
本专利技术涉及应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，属于地下隧道工程的施工

技术介绍
盾构掘进高强度复合地层，工程面临的最大风险是掘进速率缓慢或掘进困难，且刀具磨损严重。刀具磨损已经成为一个影响工程进度及成本的关键问题。刀具的完善性及刀具的磨损状态判断是盾构掘进中的关键因素，如何准确地定量预测滚刀的磨损量并判断磨损状态，对盾构高效掘进至关重要。准确预测盘形滚刀磨损量，对提高盾构施工效益有重要意义。目前国内外滚刀磨损预测方法可归为两大技术路径：力学分析法及经验预测法。力学模型中的关键系数受试验条件及岩体性质影响显著，在复合地层滚刀磨损预测应用中存在局限。经验预测法，对地层分布在滚刀轨迹、掘进方向上的区分不足，影响其在岩层分布多变的复合地层中的适用性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法。本专利技术是应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，它包括以下步骤：步骤一：统计由盾构机自动记录的盾构掘进每环的掘进参数平均值；步骤二：进行滚刀刀圈的磨损量量测，分别记录在每次开仓检查或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：统计由盾构机自动记录的盾构掘进每环的掘进参数平均值vi‑l‑j‑m、ni‑l‑j‑m、Fi‑l‑j‑m、Ti‑l‑j‑m、Pi‑l‑j‑m，其中，v为推进速率、n为刀盘转速、F为有效推力、T为扭矩、P为土仓压力，i为滚刀编号，l为滚刀更换次序，j为滚刀寿命内的开仓量测次序，m为环号；步骤二：进行滚刀刀圈的磨损量量测，分别记录在每次开仓检查或换刀时的各滚刀磨损增加量δ

【技术特征摘要】
1.一种应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：统计由盾构机自动记录的盾构掘进每环的掘进参数平均值vi-l-j-m、ni-l-j-m、Fi-l-j-m、Ti-l-j-m、Pi-l-j-m，其中，v为推进速率、n为刀盘转速、F为有效推力、T为扭矩、P为土仓压力，i为滚刀编号，l为滚刀更换次序，j为滚刀寿命内的开仓量测次序，m为环号；步骤二：进行滚刀刀圈的磨损量量测，分别记录在每次开仓检查或换刀时的各滚刀磨损增加量δΩi-l-j，滚刀破岩地层为复合地层时记为δΔi-l-j，Ω为滚刀破岩地层序号；步骤三：计算并记录下掘进过程中不同滚刀掘进每一环的破岩体积；具体来说，如式(1)，以单把滚刀为研究对象，取轨迹相邻的滚刀外缘间距中点为相邻滚刀破岩断面边界，滚刀在环形轨迹上掘进一环，滚刀破岩产生的空心柱体空间的体积，即滚刀掘进每环的空心柱体的总体积Vi-l-j-m为：Vi-l-j-m＝L×Si-l-j-m(1)按所遇到的不同的地层，计算并统计各滚刀掘进每环产生的空心柱体中各地层体积，记为VΩi-l-j-m，且Vi-l-j-m＝∑VΩi-l-j-m；其中：L为盾构管片环宽，Si-l-j-m为该滚刀破岩环形区域的面积；步骤四：利用公式(2)计算磨损比耗指数SWI，即步骤二中实测与统计出的滚刀磨损增加量与对应的破岩体积之比：步骤五：将位置各异的滚刀的磨损增加量δΩi-l-j按掘进地层重新分类统计，作为回归分析样本，将同种地层中的SWI所对应的掘进参数集合、SWI所对应的掘进参数的若干次幂作为元素集，进行元素集间笛卡尔乘积运算，得到属于同种地层SWI的单项变量及二元复合变量集合，作为多元回归分析的自变量集；步骤六：对滚刀掘进各种均质地层的SWI样本及相应自变量集元素进行多元逐步线性回归运算，得到分别独立属于各种均质地层的SWI与掘进参数间的高阶多项式函数关系，按照共性提升原则，将属于各种均质地层的SWI与掘进参数间的高阶多项式函数关系中相同的自变量抽出来，将它们线性组合成式(3)，作为预测均质地层滚刀SWI的通式，即SWI预测方程：SWIΩ*＝kvanb+c(3)式中，v为掘进速率；n为刀盘转速；a、b、c及k均为SWI预测方程系数，SWIΩ*为的SWIΩ的预测值；步骤七：利用式(4)、式(5)、式(6)和式(7)，计算属于不同地层的SWI预测方程诸系数的离均差率MDRa、MDRb、MDRc、MDRk；步骤八：根据勘察报告，了解掘进地层的分布情况；如果掘进地层是复合地层，也就是说掌子面由若干个地层组合而成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彤，韩爱民，苏明，尹志清，罗兴元，张志奇，金立忠，王建军，彭国峰，景凤，刘雪珠，王才勇，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32