1、隨著城市隧道的廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)機(jī)已成為隧道挖掘過(guò)程中的不可缺少的工具，有關(guān)專家已預(yù)言，未來(lái)全球50％的隧道建設(shè)將在中國(guó)。
　　然而，在砂卵石地層中施工，是盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前面臨的一個(gè)重要課題。盾構(gòu)在砂卵石地層中施工時(shí)，刀盤故障頻頻發(fā)生，而且刀具磨損非常嚴(yán)重，這給施工工程造成了不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，已占至整個(gè)施工工程成本三分之一。此外，在砂卵石地層施工所需的刀盤扭矩與推進(jìn)力，一直居高不下，如在某盾構(gòu)工程中盾構(gòu)最大的推進(jìn)力達(dá)到了34000KN，最大刀

2、盤扭矩接近5100KN·m，致使刀盤過(guò)載較為頻繁，從而進(jìn)一步加劇了刀具的磨損。
　　本文針對(duì)目前砂卵石地層盾構(gòu)施工所面臨的問(wèn)題，以砂卵石地層為研究對(duì)象，在前人的研究基礎(chǔ)之上提出了“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法，以達(dá)到降低刀具磨損，同時(shí)減少盾構(gòu)機(jī)在砂卵石地況下能耗的目的。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)研究了砂卵石的強(qiáng)度特性，如單軸抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度等。分析了砂卵石地層盾構(gòu)刀具的破巖機(jī)理、破巖力以及刀盤載荷;

3、對(duì)刀具磨損、刀盤故障的原因進(jìn)行了理論研究。
　　(2)針對(duì)目前盾構(gòu)在砂卵石地層中施工中磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法:在盾構(gòu)刀盤上安裝銑刀，該銑刀先于其他刀具切削巖石，在原始巖石表面銑削出條狀相間的溝痕（稱之為“離散化”），然后滾刀再碾壓開(kāi)挖面，從而達(dá)到了降低盾構(gòu)機(jī)的切削力、刀具的磨損和節(jié)約盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)能耗的目的，進(jìn)而提高了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。
　　(3)為實(shí)現(xiàn)“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法，

4、設(shè)計(jì)了鏈輪驅(qū)動(dòng)的行星輪機(jī)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。
　　(4)利用ANSYS Workbench模擬仿真離散化巖石表面溝痕的間距、直徑與滾刀摩擦力之間的關(guān)系，結(jié)果表明當(dāng)離散化巖石表面溝痕的間距為100mm，直徑為60mm時(shí)，滾刀破巖時(shí)所受的摩擦力比在連續(xù)的巖石表面情況下降低了77％。
　　(5)利用ANSYS/LS-DYNA，對(duì)滾刀破巖過(guò)程進(jìn)行了顯式動(dòng)力分析，并模擬仿真了巖石表面離散化與滾刀破巖力之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)滾刀的垂直力與