一种滚刀正常使用寿命的预测方法技术

本发明专利技术提供了一种滚刀正常使用寿命的预测方法，该方法基于地层特性以及盾构掘进参数变化规律，得到了盾构刀盘刀具在切削过程中的磨损规律，并且考虑了考虑推力分布和能量转换系数

【技术实现步骤摘要】
一种滚刀正常使用寿命的预测方法


[0001]本专利技术涉及盾构隧道施工
，尤其涉及一种滚刀正常使用寿命的预测方法
。

技术介绍

[0002]近年来，地下空间在我国得到了快速发展，与此同时盾构法在隧道施工中发挥着越来越重要的作用
。
与其他施工方法相比，盾构法具有安全
、
高效
、
对环境影响小的优点
。
尽管如此，盾构掘进过程中刀具磨损是无法避免的
。
滚刀作为盾构破岩的主要刀具，其切削产生的磨损受盾构的类型
、
刀盘的形式
、
刀具的种类
、
地层条件等多种因素的影响
。
目前，随着大直径盾构的广泛应用，滚刀切削的线速度也随之增大，切削断面的地质复杂性也随之增加，在掘进过程中刀具磨损的不确定性也相应增加，如何可以较为精确地预测滚刀磨损值是目前盾构施工中的主要难题之一
。
传统的滚刀磨损预测模型未考虑盾构推力不均匀分布的影响，造成预测的结果与实际工程情况存在较大差异
。
目前亟需一种考虑推力分布和能量转换系数的滚刀正常使用寿命的预测方法，以便适时
、
合理评估盾构隧道施工期滚刀切削状态，为滚刀更换及开舱位置选择提供参考，指导盾构掘进施工过程中采取有效的防控措施
。

技术实现思路

[0003]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种滚刀正常使用寿命的预测方法，考虑了推力分布和能量转换系数，可以全面
、
简便
、
准确对滚刀正常使用寿命进行预测
。
[0004]对此，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种滚刀正常使用寿命的预测方法，其包括如下步骤：
[0006]步骤
S1
，确定盾构机和管片几何尺寸参数
、
岩层的无侧限抗压强度
、
盾构掘进参数
、
刀盘刀具配置参数
、
一段已知区间滚刀正常磨损数据
、
盾构掘进参数；
[0007]步骤
S2
，根据已知盾构区间
(
有若干环
)
的刀具磨损情况，对掘进推力
F
进行修正，得到修正后的掘进推力
F
’
如下式
(1)
：
[0008]F'
＝
f(r)F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
，
[0009]其中，
F
为步骤
S1
中获得的盾构掘进推力，修正系数
f(r)
的计算公式为：
[0010][0011]其中，
r
为滚刀的安装半径，
b
为推力分布系数，
r
w
为最外工作刀具的安装半径；
[0012]步骤
S3
，根据步骤
S1
中获得的相关参数和步骤
S2
得到的修正后的掘进推力，构建滚刀正常磨损计算模型，得到如下式
(3)
所示的单个滚刀一环的磨损预测值：
[0013][0014]其中，
q
i
为单个滚刀第
i
环的磨损预测值，
ω
c
为盾构掘进过程中的刀盘转速，
r
为滚刀的安装半径，
l
s
为管片宽度，
F
’
为修正后的掘进推力，
σ
c
为岩样的无侧限抗压强度，
v
为推进速度，
T
为刀盘扭矩，
k
是能量分布系数；
[0015]所述滚刀在待测区间的总磨损量可由下式
(6)
计算得到；
[0016]其中，
n
为待测区间的总环数；
[0017]步骤
S4
，根据一段已知区间滚刀正常磨损数据，结合公式
(1)
～
(3)
，通过待定系数的拟合的方法，得到能量转换系数
k
和推力分布系数
b
，作为预测后续滚刀磨损量的输入参数；
[0018]步骤
S5
，根据步骤
S4
得到的能量转换系数
k
和推力分布系数
b
，结合公式
(3)
，得到相应的磨损预测值
q
，采用下式计算得到每把滚刀损坏之前最长的掘进距离
D
T
，预测未掘进段滚刀正常使用寿命；
[0019][0020]其中，
q
为单个滚刀一环的磨损预测量，
w
a
为滚刀的正常磨损量极限值，
l
s
为管片宽度
。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述岩样的无侧限抗压强度
σ
c
为在隧道沿线获取地层岩样，对岩样进行无侧限抗压强度试验确定
。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S4
包括：
[0023]采用一段已知区间滚刀正常磨损数据，假定
b
值，不断带入不同的能量转换系数
k
，通过公式
(3)
计算得到磨损预测值，计算磨损预测值与步骤
S1
获得已知的刀具磨损实测值之间的决定系数
R2，取决定系数
R2最高时的能量转换系数
k
和推力分布系数
b
作为预测后续滚刀磨损量的输入参数；
[0024]其中，决定系数
R2采用如下公式计算得到：
[0025][0026]其中，
j
代表刀具的编号，
y
j
代表编号为
j
的刀具的实际磨损量，
N
为配置刀具的数量，是采用公式
(3)
计算得到的滚刀磨损的磨损预测值，即
q。
[0027]更进一步的，步骤
S4
包括：
[0028]步骤
S41
，先假定
b
为定值，根据公式
(3)
，不断带入不同的能量转换系数
k
，得到相应的磨损预测值，计算各个磨损预测值与步骤
S1
获得已知的刀具磨损实测值之间的决定系数
R2，得到决定系数
R2取最大值时的能量转换系数
kmax
；
[0029]步骤
S42
，根据获得的决定系数
R2取最大值时的能量转换系数
k
，结合公式
(3)
，不断带入不同的推力分布系数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种滚刀正常使用寿命的预测方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤
S1
，确定盾构机和管片几何尺寸参数
、
岩层的无侧限抗压强度
、
盾构掘进参数
、
刀盘刀具配置参数
、
一段已知区间滚刀正常磨损数据
、
盾构掘进参数；步骤
S2
，根据已知区间的刀具磨损情况，对掘进推力
F
进行修正，得到修正后的掘进推力
F
’
如式
(1)
：
F'
＝
f(r)F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
，其中，
F
为步骤
S1
中获得的盾构掘进推力，修正系数
f(r)
的计算公式为：其中，
r
为滚刀的安装半径，
b
为推力分布系数，
r
w
为最外工作刀具的安装半径；步骤
S3
，根据步骤
S1
中获得的相关参数和步骤
S2
得到的修正后的掘进推力，构建滚刀正常磨损计算模型，得到如下式
(3)
所示的单个滚刀一环的磨损预测值：其中，
q
i
为单个滚刀第
i
环的磨损预测值，
ω
c
为盾构掘进过程中的刀盘转速，
r
为滚刀的安装半径，
l
s
为管片宽度，
F
’
为修正后的掘进推力，
σ
c
为岩样的无侧限抗压强度，
v
为推进速度，
T
为刀盘扭矩，
k
是能量分布系数；所述滚刀在待测区间的总磨损量可由下式
(6)
计算得到；其中，
n
为待测区间的总环数；步骤
S4
，根据一段已知区间滚刀正常磨损数据，结合公式
(1)
～
(3)
，通过待定系数的拟合的方法，得到能量转换系数
k
和推力分布系数
b
，作为预测后续滚刀磨损量的输入参数；步骤
S5
，根据步骤
S4
得到的能量转换系数
k
和推力分布系数
b
，结合公式
(3)
，得到相应的磨损预测值
q
，采用下式计算得到每把滚刀损坏之前最长的掘进距离
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈翔，黄书华，苏栋，陈湘生，孔德芒，田兆平，张良，陈建福，舒计城，曹成勇，陈一凡，路芸芸，
申请(专利权)人：中铁十四局集团大盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：