硬岩掘进机(TBM)广泛用于长大隧道掘进施工，依靠安装在刀盘上的滚刀进行破岩，掘进速度和掘进成本与滚刀破岩能力和耐磨性能密切相关。极硬岩是TBM掘进施工最具挑战性的地层之一，滚刀破岩能力差，刀圈磨损严重，发生异常失效的概率陡增，导致难以承受的工期和成本风险。围绕TBM滚刀破岩能力与耐磨性能强化，国内外学者开展了大量研究，主要涉及刀圈改性和辅助破岩技术。本研究受动物牙齿摩擦学功能机制启迪，从化学侵岩介质仿生研制和刀圈构形仿生设计两方面开展了TBM滚刀破岩与耐磨性能仿生强化研究。首先，基于自然界生物侵蚀的络合作用机制，分别针对碳酸盐岩和硅酸盐岩设计制备了pH值中性的水基化学侵岩介质，介质对刀圈常用材料H13钢无明显腐蚀性，能在短时间内侵蚀弱化岩石，从而提升滚刀的破岩能力，降低刀圈磨损。同时，基于典型动物牙齿的宏观构形，设计了系列仿生刀圈，相比商用常截面弧刃刀圈，仿生刀圈在硬岩地层的破岩比能和比磨损均显著降低。
 

TBM滚刀；破岩能力；耐磨性能；仿生强化