微波辅助TBM边滚刀破岩效率研究
李永辉，温森，司丽霞，仝梦楠
(河南大学 建筑工程学院，河南 开封 475004)
摘要:为了解决硬岩地层中破岩效率低下，边滚刀磨损严重的问题。以微波辐射花岗岩试验为基础，通过COMSOL模拟微波辐射，PFC建立双滚刀破岩模型，并结合两个软件的优势，研究微波辐射时间、刀间夹角、以及滚刀贯入顺序对破岩效率的影响。研究结果表明：滚刀法向力随着辐射时间增大基本呈现先升后降的变化趋势；且发现微波辐射的有效作用范围具有一定的局限性，刀间夹角<14°，微波辐射0.10s时，边滚刀1、2(边滚刀1位于圆弧面与平面的过渡处，边滚刀2位置随刀间夹角变化)峰值法向力均显著下降，其中正序破岩(微波辐射后边滚刀1先于边滚刀2贯入)法向力降幅大于逆序破岩的降幅；当刀间夹角为14°时，此时滚刀距离辐射区域较远，辐射0.10s时其法向力总体水平仍高于没有微波辅助时；微波辐射在一定条件下增强了滚刀间的裂纹扩展，微波辐射0.10s时，正序条件下协同破岩最大夹角由未辐射时的10°增大至12°，逆序条件下由8°增大至12°；比能随辐射时间呈先升后降趋势，各工况下变化趋势“拐点”均位于辐射时间0.06s，在微波辐射0.10s达到最低；微波辐射后，各辐射时间下逆序破岩比能往往要小于正序破岩。0.10s的微波辐射大幅提高了TBM边滚刀的破岩效率，逆序条件下效率更高，逆序条件下各角度下破岩效率相较于未辐射时分别提高50.13%、70.89%、67.15%、63.89%和50.49%。这为后续微波辅助破岩创新利用提供了一定的技术和理论参考依据。
关键词：TBM；边滚刀；微波辅助破岩；刀间夹角；裂纹扩展；破岩效率
中图分类号: U455.44 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202601050002