隧道掘进机在不同地质下最优掘进速度的计算方法

摘要

一种隧道掘进机在不同地质下最优掘进速度的计算方法，以掘进效能为优化目标，为施工中的掘进速度参数选定提供科学数据。计算方法分为以下几步：(1)确定推力计算模型中的待定系数；(2)确定扭矩计算模型中的待定系数；(3)基于推力和扭矩的表达式确定目标工程对应的比能表达式；(4)通过比能函数计算掘进速度范围，确定选定地质条件下的最优掘进速度。本发明方法可以快速确定不同地质条件所对应的掘进速度最优值，使速度参数始终维持在与地质条件高度匹配的范围内，增加了隧道施工中速度参数选取的科学性，从而有效提高掘进机施工效率。

主权项

隧道掘进机在不同地质下最优掘进速度的计算方法，其特征在于计算分为以下几个步骤：(1)确定推力计算模型中的待定系数掘进机驱动推力F＝AFWδ2+(BFW+CFP)D2，式中，F(kN)为掘进机驱动推力；W(kPa)为被开挖土体的岩土承载力；δ(m/r)表征掘进速度，是指刀盘每旋转一周所切入的深度；P(kPa)为土仓压力；D(m)为刀盘直径；AF，BF，CF为推力计算模型的无量纲待定系数；(2)确定扭矩计算模型中的待定系数掘进机驱动扭矩T＝ATWδ3+(BTW+CTP)D3，式中，T(kNm)为掘进机驱动扭矩；AT，BT，CT为扭矩计算模型的无量纲待定系数，其它参数定义与步骤(1)相同；(3)基于推力和扭矩的表达式确定目标工程对应的比能表达式将步骤(1)与步骤(2)得到的推力与扭矩计算模型代入下式，得到比能表达式， E s = 2 πT + Fδ 0.25 π D 2 δ 式中，Es(kJ/m3)为掘进机的掘进比能，具体指掘进机每完成单位体积土体的掘进所消耗的能量；(4)通过比能函数计算掘进速度范围，确定选定地质条件下的最优掘进速度根据实际工程确定地质参数与结构参数，其中包括：被开挖土体的岩土承载力W，土仓压力P，及掘进机刀盘直径D，将所述参数代入步骤(3)，得到比能函数，依据选定的掘进速度范围，计算掘进速度δ从0.015m/r至0.1m/r变化过程中对应的各比能值，其中最小比能值所对应的掘进速度值为最优值。