tbm施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)方法的研究

1、1TBM施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)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(hào)，610031摘要：TBM的設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵詞：TBM圍巖分級(jí)TBM的設(shè)計(jì)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(shí)。TBM施工能否盡可能高地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，并達(dá)到安全、快速掘進(jìn)的目標(biāo)，主要取決于TBM的工作條件，即取決于TBM的工作對(duì)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(duì)隧洞圍巖和TBM開挖特性的認(rèn)識(shí)，以及在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的與地質(zhì)條件相適應(yīng)的TBM配套機(jī)具的準(zhǔn)備是否充分。當(dāng)今流行的隧洞圍巖分級(jí)(或稱分類)方法，大多數(shù)是針對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)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(shí)。TBM施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)主要針對(duì)工程巖體的可掘進(jìn)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(píng)估圍巖穩(wěn)定性為主的隧洞圍巖分級(jí)方法來進(jìn)行TBM施工條件

3、下的隧洞圍巖等級(jí)劃分顯然是不恰當(dāng)?shù)?。目前，國?nèi)外尚未有一個(gè)公認(rèn)的TBM施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)方法，開展TBM施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)方法的研究無論是對(duì)隧洞圍巖分級(jí)方法的進(jìn)一步拓展，還是對(duì)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(jià)值和實(shí)用價(jià)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(jí)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(gè)：巖石的單軸抗壓強(qiáng)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(gè)地質(zhì)因素進(jìn)行TBM施工條件下的隧洞圍巖分級(jí)，符合TBM施工條件下隧洞圍巖分級(jí)主要應(yīng)針對(duì)工程巖體可掘進(jìn)性的原則要求。（1）巖石的單軸抗壓強(qiáng)度（Rc）眾所周知，TBM是利用巖石的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度明顯小于其抗壓強(qiáng)度這一特征而設(shè)計(jì)的。一般采用巖石的單軸抗壓強(qiáng)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(qiáng)度（

5、Rc）與TBM掘進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(duì)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(duì)TBM工作效率的影響，主要表現(xiàn)為組合關(guān)系對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，進(jìn)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(jiān)硬、脆性、較完整或完整巖體時(shí)，極有可能發(fā)生巖爆災(zāi)害，災(zāi)害嚴(yán)重時(shí)，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(jìn)施工帶來極大的困難。巖體的含水、出水狀態(tài)對(duì)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(qiáng)度會(huì)有不同程度的降低，特別是軟質(zhì)巖的強(qiáng)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(jí)隧洞的圍巖分級(jí)TBM施工條件下隧洞圍巖等級(jí)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(jí)的基礎(chǔ)上再按