岩石隧道掘进机（TBM）自上世纪50年代首次进行工业化生产以来，因其施工速度快、施工环境友好、对围岩的影响小以及施工经济等优点已在全世界广泛用于岩石隧道开挖。上世纪90年代以来，随着我国基础设施快速建设的需要，隧道工程界越来越多地采用TBM进行岩石隧道开挖。出于对TBM选型、快速施工与施工管理的需要，TBM破岩机理、TBM施工速度预测等一些基础性课题的研究迫在眉睫。本项目通过岩石的物理力学特性试验、室内大型TBM滚刀破岩试验、滚刀破岩的数值分析、现场TBM掘进试验来分析岩石、岩体的破碎机理，寻找适于不同岩体条件的优化滚刀间距及刀盘的优化设计。并通过现场采集岩体数据、地应力参数、TBM数据、TBM运行数据，结合室内岩石力学试验，获得岩体及与之相应的TBM运行参数，在申请者已提出的岩体特性TBM掘进速度预测模型的基础上，拓展原有模型的适用范围，为以后TBM施工速度预测提供指导。 2100433B

根据刀具的形状和运动特点，掘进机的破岩刀具分为滚刀和削刀两类。滚刀的破岩原理是在强大压力作用下，在岩面上滚动破碎岩石;削刀则是靠侧向的挤压作用，在侧向的周边洞壁铣削切割岩石。因此，应针对不同的岩体，选择不同的刀具。

本书以工程应用为背景,以大量相关文献和实践资料为基础,系统阐述了全断面硬岩掘进机刀具系统的研发要点及解决方案,为掘进机企业及隧道工程、矿山工程领域的企业和科研人员提供参考,对于推动我国全断面硬岩掘进机的技术进步和产业升级具有重要意义。

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 全断面掘进机的发展历程、研究现状和发展趋势

1.2.1 全断面掘进机技术的发展历程

1.2.2 全断面掘进机技术研究与应用现状

1.2.3 全断面掘进机的发展趋势

1.3 用于掘进机刀具系统的实验台研究趋势

1.3.1 国外掘进机刀具系统实验台研究趋势

1.3.2 国内掘进机刀具系统实验台研究趋势

1.4 本书主要研究内容和关键技术

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 关键技术

第2章 全断面硬岩掘进机构造原理及刀具系统

2.1 全断面硬岩掘进机的构造与工作原理

2.1.1 全断面硬岩掘进机的分类及特点

2.1.2 全断面硬岩掘进机的工作原理及主要设备

2.2 全断面硬岩掘进机滚刀系统

2.2.1 盘形滚刀的基本结构

2.2.2 盘形滚刀的失效形式

2.3 全断面硬岩掘进机刀盘系统

2.3.1 盘形滚刀在刀盘上的分布

2.3.2 全断面硬岩掘进机刀盘的失效形式

2.4 小结

第3章 集成化双滚刀硬岩掘进综合实验台

3.1 双滚刀实验台的功能需求

3.1.1 实验台研制的必要性

3.1.2 实验台系统功能需求

3.2 双滚刀实验台结构设计与分析

3.2.1 工作台的设计

3.2.2 试件台的设计

3.2.3 刀具系统的设计

3.2.4 实验台支撑框架及顶梁

3.2.5 主体框架结构刚性分析

3.2.6 整机有限元分析

3.3 基于模糊神经网络的预测控制系统设计

3.3.1 模糊神经网络控制器设计

3.3.2 神经网络预测器设计

3.3.3 模糊控制器设计

3.3.4 模糊神经网络预测控制仿真

3.4 双滚刀实验台样机

3.4.1 双滚刀实验台样机结构

3.4.2 实验台样机结构功能参数对比

3.5 小结

第4章 不同刀间距对滚刀破岩的影响

4.1 刀盘结构

4.2 刀盘性能的理论分析模型

4.2.1 刀盘受力情况

4.2.2 刀盘强度模型

4.2.3 刀盘刚度模型

4.3 基于有限元的刀盘仿真

4.3.1 刀盘应力应变分布

4.3.2 刀盘模态分析

4.4 双滚刀破岩理论及其仿真

4.4.1 双滚刀破岩受力情况

4.4.2 仿真模型建立

4.4.3 不同刀间距的岩石破碎情况

4.5 滚刀间距与岩石特性的关系

4.5.1 双滚刀破岩过程的应力分布

4.5.2 不同岩石对刀间距的适应性

4.5.3 岩石对不同刀间距的适应性实验

4.6 小结

第5章 岩石节理和滚刀速度对滚刀破岩的影响

5.1 盘形滚刀破岩

5.1.1 滚刀破岩机理

5.1.2 岩石破碎过程

5.1.3 滚刀破岩过程的模态分析

5.2 岩石节理特征对滚刀破岩的影响

5.2.1 岩石力学模型

5.2.2 仿真建模

5.2.3 节理倾角对岩石破碎的影响

5.2.4 节理间距对岩石破碎的影响

5.3 滚刀速度对岩石节理的适应性

5.3.1 滚刀破岩速度模型

5.3.2 仿真建模

5.3.3 滚刀旋转速度对节理岩石破碎的影响

5.3.4 滚刀贯入速度对节理岩石破碎的影响

5.3.5 滚刀对不同岩石样本的适应性

5.4 小结

参考文献2100433B