Page 122 - 摩擦学学报2025年第8期

1220 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

设计目的，但是对螺旋槽滚刀的自锐性验证和磨损后 拆机退场工作才被拆除，还有相当大的残余掘进寿
自锐性引起的性能变化趋势研究并不够深入. 命，说明试验滚刀的耐磨性对重庆15号线地层的适应

1.2 现场试验工程背景 性良好. 从现场拆卸的螺旋槽滚刀具有真实的磨损状
为验证螺旋槽滚刀自锐性，开展了现场试验，获 态，分析滚刀的磨损情况，磨损后的破岩性能变化具
取其真实的磨损状况. 试验刀具尺寸如图1所示，滚刀 有很高的研究价值. 从滚刀的磨损状态来看，在硬岩
实体如图3(a)所示. 螺旋槽滚刀应用在重庆轨道交通 中破岩的螺旋槽滚刀其磨损形式基本相同，所以仅挑
15号线一期工程两江大道站~复盛站区间. 项目隧道 选了其中1把滚刀作为分析对象，图3(b)所示为螺旋槽
围岩体呈大块状砌体结构，岩体较完整，围岩级别为 滚刀磨损后实体照片.

Ⅳ级，试验刀具进场时，左、右线切口里程分别为ZK86+ 1.3 螺旋槽滚刀磨损状态分析
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778.748和YK86+910.148，自此至出洞. 两线岩体单轴饱 三维轮廓扫描是1种数字化建模技术 ，一般通
和抗压强度值为6.4~30.6 MPa，围岩基本分级为Ⅳ级. 过激光或光栅对物体进行扫描，得到包含物体坐标信
试验刀具采用H13材质，热处理工艺与普通滚刀相 息的点云数据，再经过计算机处理和重建算法得到物
同，组装后刀体气密性测试合格，共8把试验刀具安装 体的三维模型. 该方法具有扫描速度快、精度高和非
到刀盘上，其掘进情况列于表1中. 接触等优点，因此被广泛应用于工业等领域. 使用三维
由表1可以看出，左线47#、50#和51#各掘进了 扫描仪进行扫描，得到磨损后螺旋槽滚刀三维模型，并
709.2 m，右线48#~51#各掘进了577.8 m，平均每米磨 对磨损前后滚刀轮廓进行实体差异比较，结果如图4(a)
损量仅为0.02 mm. 8把螺旋槽滚刀中大多数未出现异 所示. 结果表明：磨损后滚刀螺旋槽结构保持良好，整
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常磨损，且这些滚刀都是因TBM到达接收井必须进行 体结构未发生明显变化，滚刀整体体积减少91.85 cm ，

ω
Flat top cutter Spiral groove cutter

F S
F N
Theoretical Theoretical
contact area Projection of contact contact area
area in z direction
T Z
Penetration depth D Spiral groove area Rock
T Projection of contact X
area in x direction
D

Fig. 2 Flat-top and spiral groove cutter contact area
图 2 平顶与螺旋槽滚刀破岩接触区域

(a) Spiral groove cutter before wear (b) Spiral groove cutter after wear
Fig. 3 Full-size spiral groove cutter
图 3 磨损前后全尺寸螺旋槽滚刀实物