tbm施工條件下的隧洞圍巖分級方法的研究

1、1TBM施工條件下的隧洞圍巖分級方法的研究章元愛，梅志榮，張軍偉中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，成都市西月城街118號，610031摘要：TBM的設(shè)計制造關(guān)鍵詞：TBM圍巖分級TBM的設(shè)計制造及使用效率(工作條件或稱工作效率)與隧洞圍巖的地質(zhì)因素密切相關(guān)，這是國內(nèi)外同行的共識。TBM施工能否盡可能高地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，并達到安全、快速掘進的目標(biāo)，主要取決于TBM的工作條件，即取決于TBM的工作對象——隧洞工程巖體(隧洞圍巖)工程地質(zhì)條件的好

2、壞，人們對隧洞圍巖和TBM開挖特性的認識，以及在此基礎(chǔ)上所進行的與地質(zhì)條件相適應(yīng)的TBM配套機具的準(zhǔn)備是否充分。當(dāng)今流行的隧洞圍巖分級(或稱分類)方法，大多數(shù)是針對隧洞圍巖穩(wěn)定性評價和支護設(shè)計而提出的，難以滿足TBM施工條件下的隧洞施工需要已是不爭的事實。TBM施工條件下的隧洞圍巖分級主要針對工程巖體的可掘進性，即根據(jù)圍巖的主要地質(zhì)因素與TBM工作效率的關(guān)系來劃分。因此，純粹套用以評估圍巖穩(wěn)定性為主的隧洞圍巖分級方法來進行TBM施工條件

3、下的隧洞圍巖等級劃分顯然是不恰當(dāng)?shù)?。目前，國?nèi)外尚未有一個公認的TBM施工條件下的隧洞圍巖分級方法，開展TBM施工條件下的隧洞圍巖分級方法的研究無論是對隧洞圍巖分級方法的進一步拓展，還是對指導(dǎo)以后的TBM隧洞工程施工，均將具有重要的科學(xué)技術(shù)價值和實用價值。3.2.13.2.1TBMTBM工作條件（工作效率）與隧洞圍巖地質(zhì)因素間的關(guān)系工作條件（工作效率）與隧洞圍巖地質(zhì)因素間的關(guān)系在圍巖穩(wěn)定性等級劃分的基礎(chǔ)上，影響TBM工作條件的主要地質(zhì)因

4、素有4個：巖石的單軸抗壓強度（Rc）、巖體的完整程度(裂隙化程度)、巖石的耐磨性和巖石的硬度。根據(jù)這四個地質(zhì)因素進行TBM施工條件下的隧洞圍巖分級，符合TBM施工條件下隧洞圍巖分級主要應(yīng)針對工程巖體可掘進性的原則要求。（1）巖石的單軸抗壓強度（Rc）眾所周知，TBM是利用巖石的抗拉強度和抗剪強度明顯小于其抗壓強度這一特征而設(shè)計的。一般采用巖石的單軸抗壓強度（Rc）來判斷TBM工作條件下隧洞圍巖開挖的難易程度。圖31是巖石的單軸抗壓強度（

5、Rc）與TBM掘進速度間的相關(guān)關(guān)系。3的大量加固處理而大大降低(如圖33所示)。0.0完整性系數(shù)Kv純掘進速度m.h10.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.51.01.52.02.53.03.5圖33巖體完整性系數(shù)KⅤ與TBM純掘進速度的關(guān)系（4）其他因素除上述影響TBM工作效率的主要地質(zhì)因素外，巖體主要結(jié)構(gòu)面或稱優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與隧洞軸線間的組合關(guān)系、圍巖的初始地應(yīng)力狀態(tài)、巖體的含水、出水狀態(tài)等對TBM

6、工作效率也有一定的影響。巖體主要結(jié)構(gòu)面或稱優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與隧洞軸線間的組合關(guān)系對TBM工作效率的影響，主要表現(xiàn)為組合關(guān)系對圍巖穩(wěn)定性的影響，進而影響TBM的工作效率。當(dāng)圍巖處于高地應(yīng)力狀態(tài)下，且圍巖為堅硬、脆性、較完整或完整巖體時，極有可能發(fā)生巖爆災(zāi)害，災(zāi)害嚴(yán)重時，將危及TBM和施工人員的安全。若圍巖為軟巖，則圍巖將產(chǎn)生較大的變形。二者均將給TBM的掘進施工帶來極大的困難。巖體的含水、出水狀態(tài)對TBM工作效率的影響視含水量和出水量的大

7、小及含、出水圍巖的范圍和含、出水圍巖是硬質(zhì)巖還是軟質(zhì)巖而定。一般來說，富含水和涌漏水地段的圍巖強度會有不同程度的降低，特別是軟質(zhì)巖的強度要降低很多，致使圍巖的穩(wěn)定性降低，影響TBM的工作效率。此外，大量的隧洞涌漏水，必將惡化TBM的工作環(huán)境，降低TBM的工作效率。3.2.23.2.2TBMTBM隧洞的圍巖分級隧洞的圍巖分級TBM施工條件下隧洞圍巖等級的劃分，目前在國內(nèi)外尚未有較為成熟和統(tǒng)一的方法，多數(shù)國家采用在圍巖穩(wěn)定性分級的基礎(chǔ)上再按