全断面隧道掘进装备载荷建模与数字化设计关键技术及应用

"本项目属工程装备设计制造技术领域。我国是地下施工最多，全断面隧道掘进装备需求量最大和发展速度最快的国家。由于引进装备不适应我国复杂多变的地质情况，导致可靠性差，严重影响施工效率与效益，因此亟需发展相关设计技术并自主研制。掘进装备的关键核心部件是刀盘，缺少地质适应性好与可靠性高的刀盘设计技术是困扰掘进装备自主研制的瓶颈问题。项目组围绕国家重大隧道工程需求，攻克了刀盘地质适应性与高可靠性设计关键技术，促进了我国掘进装备自主设计能力跨越式发展。本项目技术发明一为提出了广谱地质适应性掘进载荷建模新理论。创建了掘进装备总载荷预测模型，突破了现有建模理论仅适用于单一地质的局限性，降低了总载荷预测误差，为刀盘地质适应性与高可靠性设计提供了载荷条件；本项目技术创新二为发明了软土类刀盘地质适应性设计新技术。建立了掘进装备刀盘高精度参数化建模新方法，实现了复杂地质条件下掘进过程全物理仿真及刀盘结构强度优化设计，突破了刀盘轻量化设计关键技术，降低了设计制造成本；本项目技术创新三为发明了硬岩类刀盘高可靠性设计新技术。提出了随机动态载荷作用下刀盘强度设计方法“