机械破岩试验平台辅助设计及试验验证

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上世纪七、八十年代以来,全断面岩石掘进机(tunnel boring machine)得到了空前发展,因具有施工速度快、作业人员工作环境友好、施工经济安全等特点,其越来越受到国内外工程界的重视,得到了广泛的认可,被越来越广泛应用于各国的地铁、铁路、公路、市政、水电隧道等工程建设之中。  机械破岩试验平台可以足尺寸模拟TBM或其它破岩机械在不同施工条件情况下的刀具破岩过程,直接评价岩石或岩体的可掘进性能,试验数据可用于TBM的选型、确定TBM的运行参数,并进行TBM掘进性能预测,从而达到对既定隧道的最高的掘进效率。业主可以通过此试验选择适合地质条件的TBM并预测机器运行参数,再通过在实际工程中实时的反馈不断进行优化,根据TBM掘进情况制定相应的施工管理方案,从而更高效的进行施工。  目前世界上还没有机械破岩平台,机械破岩平台是在线性试验的基础上发展而来的,国际上已有的三台线性试验机皆是国外的,其试验材料、试验内容及由试验结果建立的数据库、预测指标和施工管理方法都是针对国外的工程,由于具体项目状况和管理体制的差异等等,国外这些试验结果大多并不能为国内工程提供理想的参照。特别是在我国西部山区、高原的地质环境下,深埋长隧道的建设越来越多,对TBM的需求也越来越大,如何成功的对TBM选型和对机器参数的控制,已成为TBM掘进工法能在我国广大地区、多条深埋长隧道中成功应用的重要保证。  本课题中辅助设计研发首台机械破岩试验平台。在设计中,首先对试验平台进行功能分析,然后选取合适的参数,用三维CAD设计软件Solidworks对机械破岩试验平台进行设计,最后用其自带的有限元分析软件Solidworks Simulation对试验机的框架进行受力分析和优化设计,使其强度和刚度满足要求。试验平台制造完成后再用其做一系列验证试验,对其各项功能进行验证。  试验平台的设计过程中,考虑了深埋隧道的高地应力状况和TBM刀盘的旋转掘进过程,在国外已有的线性试验机的基础上扩展了其功能,使其可以更加真实的模拟TBM的现场施工状况,并且可以一机多用,进行多种不同的试验,从而能更为有效地指导国内工程中TBM的选型、施工中TBM运行参数的选择及TBM掘进速度预测。它的设计、制造及以后的试验,将填补国内在TBM施工方面许多的空白,对未来国内地下工程的TBM和其它破岩机械的施工具有重要的意义。
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