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高磨蝕性地層盾構(gòu)TBM刀具磨損預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 

    項(xiàng)目簡(jiǎn)介：

    盾構(gòu)TBM是國(guó)家鐵路、公路、市政、水利和國(guó)防等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)急需的重大裝備，其關(guān)鍵技術(shù)難度高、附加值大，反映了一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)的水平，目前我國(guó)盾構(gòu)TBM施工已占全球市場(chǎng)的80%。與之不相適應(yīng)的是，本項(xiàng)目實(shí)施之前，盾構(gòu)TBM仍然不能滿足高磨蝕性地層隧道快速施工的需求，造成隧道施工工期延誤、成本失控，其原因在于高磨蝕性地層盤形滾刀使用壽命無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的業(yè)界公認(rèn)難題尚未得到解決，因此，急需研發(fā)盾構(gòu)TBM刀具磨損預(yù)測(cè)技術(shù)、提升刀具使用壽命，具有十分重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。

    該項(xiàng)目歷經(jīng)5年產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，針對(duì)高磨蝕性地層盾構(gòu)TBM刀具使用壽命無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的難題，攻克了盤形滾刀磨損預(yù)測(cè)技術(shù)，研制了一種滾刀磨損預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成了一種可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的刀具定量磨損預(yù)測(cè)方法，掌握了一套基于實(shí)驗(yàn)方法的滾刀磨損預(yù)測(cè)理論，研究成果具有原創(chuàng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，取得良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括：

    （1）創(chuàng)新一種室內(nèi)滾刀磨損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方法，研制了可載荷及位移電液伺服控制的滾刀磨損實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了滾刀材料微磨損的快速精準(zhǔn)測(cè)量。

    （2）揭示了滾刀刀刃磨粒磨損的基本機(jī)理，形成了基于巖石磨蝕性與刀圈材料磨損速率的滾刀磨損預(yù)測(cè)模型，發(fā)展了基于細(xì)觀磨粒磨損和宏觀能量磨損的TBM滾刀材料磨損預(yù)測(cè)理論。

    （3）建立了巖石特性與磨蝕性指標(biāo)、滾刀材料磨損速率與巖石磨蝕性的定量關(guān)系，提出了滾刀磨損敏感指標(biāo)體系，形成了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的刀具磨損預(yù)測(cè)方法，解決了刀具壽命預(yù)測(cè)評(píng)估難題，并在引漢濟(jì)渭工程得到驗(yàn)證。

    本項(xiàng)目授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)、軟件著作權(quán)4項(xiàng)、實(shí)用新型專利3項(xiàng)，發(fā)表論文12篇，其中2篇SCI，2篇EI，獲中國(guó)鐵路工程總公司科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。成果應(yīng)用效果良好，所建立的刀具定量磨損預(yù)測(cè)方法，提高了滾刀磨損預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，預(yù)測(cè)結(jié)果誤差可控制在10%以內(nèi)；利用研制的滾刀磨損預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果試制的圓角刃刀圈，提高了滾刀耐磨性20%左右。

    項(xiàng)目成果除在中鐵隧道局集團(tuán)有限公司推廣應(yīng)用外，自2016年起已應(yīng)用至多家盾構(gòu)TBM設(shè)計(jì)、制造和施工單位，其中在中鐵隧道股份有限公司、洛陽(yáng)九久機(jī)械制造有限公司及山東瑞鉆工程裝備有限公司等單位應(yīng)用效果明顯，2016年-2018年，完成單位和成果應(yīng)用單位累計(jì)新增銷售額45606.43萬(wàn)元，新增利潤(rùn)9052.5萬(wàn)元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。成果的推廣應(yīng)用為高磨蝕性地層盾構(gòu)TBM刀具使用壽命的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、隧道施工工期成本的準(zhǔn)確計(jì)算提供了支持，促進(jìn)了盾構(gòu)TBM刀具國(guó)產(chǎn)化，推動(dòng)了我國(guó)盤形滾刀制造業(yè)和盾構(gòu)TBM施工的科技進(jìn)步。

    獲獎(jiǎng)等級(jí)：三等獎(jiǎng)

    完成單位：中鐵隧道局集團(tuán)有限公司；盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室