1. 引言
- 背景：介绍了微型隧道技术在管道安装中的应用，以及MTBM在非开挖施工方法中的重要性。强调了预测MTBM性能，尤其是掘进速度，对于项目规划和控制的重要性。
- 挑战：指出了在缺乏对隧道面掘进过程的直接观察下，准确预测MTBM掘进速度的困难。
2. 文献综述
- 历史：回顾了从1973年以来关于掘进速度预测模型的研究，包括硬岩地层中的总硬度测量和各种实验方法。
- 现有模型：讨论了现有模型的局限性，特别是它们未能从力学角度解释MTBM与土壤相互作用的物理机制。
3. 模型构建
- 力学方法：提出了一种基于接触力学理论的力学方法来分析MTBM与土壤的相互作用，并开发了一个分析模型。
- 切削头-土壤接触模型开发：详细描述了如何基于接触力学建立切削头与土壤接触的边界条件，并推导出MTBM掘进速度的数学表达式。
4. 切削头-土壤接触的力学方法分析
- 接触力学理论：利用接触力学理论来模拟MTBM与土壤之间的相互作用，包括法向应力和切向应力的分布。
- 模型求解：求解了正常接触问题和扭转接触问题，得到了切削头与土壤接触界面的应力分布。
5. 模型评估和案例研究
- 模型验证：通过一个微型隧道项目的实际数据来验证所开发的力学模型的预测能力。
- 结果分析：分析了实际掘进速度与模型预测的上下限之间的关系，并讨论了切削头与土壤接触面积对掘进速度的影响。
6. 结论
- 研究成果：提出了一个力学模型，用于预测MTBM的掘进速度，并确定了掘进速度的上下限。
- 实际应用：研究结果表明，实际掘进速度位于模型预测的上下限之间，且接近上限，表明MTBM与土壤的接触面积较大，掘进性能良好。
- 未来工作：建议未来的研究考虑切削工具磨损对MTBM掘进速度的影响，并进一步分析接触面积对掘进速度的影响。
文章通过力学模型的开发和实际案例研究，为微型隧道掘进机的性能预测提供了新的视角，并为隧道工程的规划和管理提供了有价值的参考。
