一种新的切割器磨损测试方法，用于评估在磨蚀性砂质地层中盾构TBM掘进过程中撕裂齿的犁地效果

《Results in Engineering》：A new cutter wear testing method for evaluating the plowing effect of ripper tooth during shield TBM tunneling in abrasive sandy ground

盾构机在密实砂土中掘进时，犁切刀与刮板刀的高度差影响开挖效果。研究通过自主研发的WHU-SAT连续变高度测试装置，提出犁切系数量化指标，揭示高度差、砂密度（2.1-2.8t/m3）和颗粒尺寸（0.1-0.3mm）对开挖面松散深度的耦合作用机制。优化后高度差范围达50-150mm，使刮板刀作业面砂体密度降低至1.6-1.8t/m3，显著提升刀具寿命。

　　

唐少辉|张晓萍|刘全胜|王浩杰|李新芳

中国广西大学土木工程与建筑学院特色金属材料与复合结构生命周期安全国家重点实验室，南宁530004

摘要

在密集砂土中进行盾构TBM隧道施工时，撕裂齿的安装高度高于刮刀。撕裂齿首先刨松挖掘面，随后刮刀将松动的砂土清除。这种“刨松效应”是指撕裂齿通过松动隧道表面的砂土来减少刮刀的磨损。尽管过去几十年对此已有定性分析，但目前仍缺乏可靠的定量评估参数。切割齿高度差、砂土密度和颗粒大小对刨松效应的影响尚不明确。本研究开发了一种能够连续调节切割齿高度差的WHU-SAT试验装置，以探究撕裂齿的刨松效果，并提出了刨松系数来量化这种效应。通过分析挖掘过程，揭示了切割齿高度差、砂土密度和颗粒大小对刨松系数的影响机制。针对密集砂土隧道施工，优化了撕裂齿与刮刀之间的切割齿高度差。研究结果表明：随着切割齿高度差的增加，撕裂齿对隧道面的松动深度也随之增加；被刮刀切割的砂土样本的体积密度先减小后趋于稳定，刨松系数也呈现类似的趋势。随着砂土密度的增加，达到稳定刨松系数所需的松动深度先增大后趋于稳定，从而确定了最佳切割齿高度差的范围。当平均颗粒大小增大时，达到稳定刨松系数所需的松动深度也会增加，进而影响最佳切割齿高度差的选择。本研究为密集砂土隧道施工中切割齿高度差的优化提供了参考依据。