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武汉岩土所新型水力联合TBM破岩技术取得进展

来源：深部岩石力学与地下工程研究中心时间：2024-06-27

随着我国“一带一路”、CZ铁路、长江经济带等国家战略逐步实施，急需建设大量公路铁路隧道、超长水工隧洞、矿山巷道等。TBM（全断面隧道掘进机）以其快速、高效、环保、智能化等独特优势成为长大隧道（隧洞、巷道）建设的最佳选择和必然发展方向。然而，自TBM诞生至今已有百年，机械刀具破岩模式从未改变，导致传统TBM的掘进效率已达到瓶颈，从技术上再无显著提升空间。因此，在不改变传统TBM主体结构框架的基础上，通过把传统刀盘刀具机械破岩与水力、激光等技术组成联合破岩方式，研发新型高效的联合破岩技术，实现我国TBM破岩方式“从0到1”的技术创新，成为解决当前TBM高效快速破岩难题的重大突破点。

对此，中国科学院武汉岩土力学研究所岩体工程多场耦合效应团队开展了新型水力联合破岩技术研究，取得的主要研究进展包括：研制了高围压水力联合线性破岩试验系统，可开展30MPa围压条件下的常规类型滚刀、多技术预处理以及水力联合的线性切削破岩试验；揭示了“两侧水刀预先切槽+中间刀/齿滚压破岩”联合破岩机制，揭示了切槽深度控制下的3种破岩形态：欠深度切槽，充分深度切槽以及过深度切槽，确定了切槽深度“可行的”最优区间；开展了不同岩性、刀具类型、槽深、槽间距、贯入度等参数影响的线性切削破岩试验，提出了“切多深、破多深”的最优破岩效果的参数优化匹配技术；开展了不同岩性纯水、磨料的高压水射流切槽试验，获得了高压水射流切槽影响因素及规律，建立了重复切割深度预测模型，并基于此提出了刀盘布局设计方法。

相关研究成果发表论文7篇，申请发明专利50项（已授权12项，其中1项美国发明专利）、授权实用新型专利20项。