[发明专利]一种预测TBM掘进适宜性的方法

说明书

本发明公开了一种比较TBM掘进适宜性的方法，包括以下步骤：S1：统计Ⅰ～Ⅲ级围岩段卡机总长度l_III；S2：统计Ⅳ级围岩段卡机总长度l_IV；S3：统计Ⅴ、Ⅵ级围岩段卡机总长度l_V；S4：根据l_III、l_IV、l_V及其相对应的围岩条件和占比进行相应的折减计算出隧道统计段TBM设备的适宜性参数Pg。本发明结论简单，成果间易于比较：可进行同一TBM机型在不同隧道间、同一隧道不同TBM机型间的整体掘进适宜性比较。其中数值相对较小说明TBM设备在该隧道下的掘进适应性较强，反之说明设备适宜性较弱。

技术领域

本发明涉及隧道掘进领域，具体涉及一种预测TBM掘进适宜性的方法。

背景技术

在隧道施工中，除了单纯的设备设计制造，对TBM设备性能的研究思路目前主要有两大类。一种是以隧道外部环境(即隧道地质条件)的研究为主，其思路是对围岩进行分级，以便根据不同围岩条件确定TBM的工作环境，并进一步研究岩机的相互作用。即根据围岩条件及设备掘进过程中的难易程度和适宜程度进行综合考虑。最典型的是《铁路隧道全断面岩石掘进机法技术指南》(铁建设[2007]106号)中P18的相关内容。此外k.Bartok于1999年在岩体质量指标Q系统分类的基础上，提出了在TBM掘进条件下的QTBM模型，综合考虑了岩体质量参数和TBM设备性能，适用于TBM掘进过程中对围岩条件进行评价。

另一种是研究TBM施工效率，从理论、经验等方面入手，根据不同的模型进行TBM实际施工效率的PR的预测，其核心理论是：AR＝PR*U。

式中：AR(advakce rate)为某段施工时间内TBM开挖隧道的平均速率，其中施工时间包括因各种原因造成的停机和掘进时间；PR(peketratiok rate)为TBM在某段有效时间内TBM开挖隧道的平均速率，有效时间仅指TBM刀盘破岩的时间；U(utilizatiok)是TBM的利用率，它是TBM有效掘进时间占某段总施工时间的百分比。

此外实际施工中，多以日进尺、月进尺等进度指标作为判断TBM掘进效果的参考。

现有研究存在以下不足：

1、对围岩的岩机相互作用研究，仍采用的是传统分级的手段，造成某一隧道分段数量大，信息碎片化，难以建立特定TBM机型与开挖隧道整体适宜性的认识。

2、采用掘进效率模型进行研究，多出于预测目的，部分参数理想化，与实际情况存在偏差。

3、采用不同的TBM性能预测模型，一般参数众多，计算过程复杂，多用于预测TBM实际掘进效率(如Sakio模型偏重于滚刀破岩机制的研究，CSM模型根据岩体结构面间距、夹角、峰值斜率及岩石破碎指数等岩机综合指数对掘进效率进行预测等)。

4、直接按进尺等进度指标统计TBM的实际掘进效率，包含众多人为因素(如施工组织、TBM操作水平、TBM故障处理等)的影响，难以单独反映TBM客观适宜隧道环境的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，用一种较为简单方式，将某TBM机型在某一隧道中的掘进适宜性按相对掘进效率进行概括表达，以反映在某隧道环境下TBM特定机型的实际掘进整体适宜性。该参数以反映TBM客观掘进适宜性为主，在避免人为因素干扰的前提下，可进行同机型不同隧道环境下、同隧道环境下不同机型间掘进适宜性的比较，并可据此对设备及施工方式进行调整和改进。

本发明通过下述技术方案实现：

一种预测TBM掘进适宜性的方法，包括以下步骤：

S1：统计Ⅰ～Ⅲ级围岩段卡机总长度l_III；

S2：统计Ⅳ级围岩段卡机总长度l_IV；