BM掘进能耗过多，刀具磨损严重，应调整刀盘扭矩与刀盘推力的相互关系。
[0045] 实施例
[0046] 本实施例的隧道工程中，使用的硬岩TBM结构参数如下：刀盘上安装38把432mm 的常截面盘形滚刀，即滚刀初始半径R为216mm，刀盘半径为3. 285m，所有滚刀安装半径之 和为 62. 415m。
[0047] 围岩属于破碎岩层，节理较多，给出预估TBM掘进比能的详细步骤如下：
[0048] 第一步，根据硬岩TBM正常掘进过程中，滚刀的推力与切深间的关系式（1)，由岩 体节理与岩石力学参数决定，利用实验数据的反演识别确定k = 172. 89, b = 1. 07,则式 (1)变为：
[0049] Fn= 172. 89p 1 L07= 172. 89p 0·07
[0050] 第二步，本实施例中，硬岩TBM所有滚刀为常截面盘形滚刀，取a = 0.0473, c = 0.5139,则式（2)变为：
[0051] CC = 0· 0473p〇.5139
[0052] 第三步，本实施例中，硬岩TBM刀具数量N = 38,刀盘半径Rt= 3. 285m，刀盘所有 滚刀安装半径之和为62. 415m，平均半径为F:= :62..41:5爾/38: = 1...:6425.爾，则理想掘进比能的计 算公式（3)演变为：
[0054] 本实施例中，某一掘进循环采集的掘进数据如下：刀盘推力5437.8KN，刀盘扭矩 1900KNm，切深9mm。利用关系式（3)演变的上式，计算理想掘进比能为：
[0056] 第四步，结合现场采集的掘进数据，通过上述式（4)计算实际比能；
[0057] 利用关系式（4)计算实际比能为：
[0059] 式中，J为能量单位焦耳，经运算处理转换成KWh(千瓦时）进行比能偏差率计算；
[0060] 第五步，利用关系式（3)计算理想掘进比能，利用关系式（4)计算实际掘进比能， 进而通过上述的式（5)计算比能偏差率e。
[0061] 则比能偏差率e为：
[0063] 第五步，通过比较最佳比能与实际比能，判断硬岩TBM掘进状态；
[0064] 此时e = 28. 63 %大于20%，掘进能耗较大，刀具磨损较严重，掘进效率较低，应适 当调整刀盘扭矩与刀盘推力的比例关系。
[0065] 本实施例中，另一掘进循环采集的掘进数据如下：刀盘推力5145. 2KN，刀盘扭矩 2000KNm，切深15mm。利用关系式（3)演变的上述计算式，计算理想掘进比能为：
[0067] 利用关系式（4)计算实际比能为：
[0069] 则比能偏差率e为：
[0070]
[0071] 此时e = 15 %小于20%，硬岩TBM处于正常掘进状态。
[0072] 理想掘进比能随切深的变化情况是：随着切深的增大，理想比能逐渐减小。图1中 "鲁"所示的曲线是利用本发明提出的理想（或最佳）掘进比能公式预测该工程硬岩TBM理 想掘进比能的变化曲线，"★"所示的曲线为比能偏差率为20%的边界曲线。
[0073] 研究发现，当数据点位于"?"曲线与"★"曲线之间时，表明硬岩TBM属于正常掘 进；当数据点位于"★"曲线之上时，表明硬岩TBM能耗过多，刀具磨损严重，掘进效率低。
[0074] 本发明从滚刀切割岩体力学分析出发，确定掘进比能与切深之间的相互关系，提 出了计算硬岩TBM最佳掘进比能的新方法，并基于最佳比能计算公式，提出硬岩TBM掘进状 态的判断方法，为提高掘进效率、匹配掘进参数、改善刀具受力状态提供更为科学的参考依 据。
[0075] 尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解， 本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申 请公开的原则范围和精神之内。
[0076] 更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组 成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外， 对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【主权项】
1. 一种硬岩掘进机掘进状态的判断方法，其特征在于，包括以下步骤： 计算硬岩TBM的理想掘进比能； 结合现场采集的掘进数据，计算硬岩TBM的实际掘进比能； 利用所述理想掘进比能与实际掘进比能计算比能偏差率e，根据所述比能偏差率e判 断硬岩TBM实际掘进状态。2. 根据权利要求1所述硬岩掘进机掘进状态的判断方法，其特征在于，所述硬岩TBM的 理想掘进比能E'的计算，采用如下公式：其中，E'为硬岩TBM理想掘进比能；N为硬岩TBM刀盘滚刀数量,为硬岩TBM刀盘所 有滚刀平均安装半径；RT为硬岩TBM刀盘半径，a、c、k、b为常数，p为切深，k、b常数通过 硬岩TBM正常掘进过程中，滚刀推力Fn与切深p间的关系式Fn=kp1 b，利用实验数据的反 演识别确定，a、c常数系通过滚刀切割系数CC与切深p间的关系式CC=ape以及滚刀的 刀刃角大小确定； 所述硬岩TBM的实际掘进比能E计算采用如下公式进行：其中，E为硬岩TBM实际掘进比能；Th为硬岩TBM刀盘推力；Tor为硬岩TBM刀盘扭矩。3. 根据权利要求2所述硬岩掘进机掘进状态的判断方法，其特征在于，所述比能偏差 率e的计算公式如下：4. 根据权利要求1或3所述硬岩掘进机掘进状态的判断方法，其特征在于，如果所述比 能偏差率e小于等于20%，则判断硬岩TBM能耗在预设值范围内，处于正常掘进状态，否则 判断为硬岩TBM能耗超出预设值。
【专利摘要】本发明涉及一种硬岩掘进机掘进状态的判断方法，包括以下步骤：计算硬岩TBM的理想掘进比能；结合现场采集的掘进数据，计算硬岩TBM的实际掘进比能；利用所述理想掘进比能与实际掘进比能计算比能偏差率e，根据所述比能偏差率e判断硬岩TBM实际掘进状态。本发明从滚刀切割岩体力学分析出发，确定掘进比能与切深之间的相互关系，提出了计算硬岩TBM最佳掘进比能的新方法，并基于最佳比能计算公式，提出硬岩TBM掘进状态的判断方法，为提高掘进效率、匹配掘进参数、改善刀具受力状态提供更为科学的参考依据。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105260513
【申请号】CN201510613867
【发明人】王立辉, 亢一澜, 张茜, 侯振德, 蔡宗熙, 曲传咏
【申请人】中国人民解放军军事交通学院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月23日