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基于RMR岩体分级系统的TBM掘进性能参数预测

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第37卷第6期 攫莲建设 Tunnel Construction Vo1.37 No.6 2017年6月 Jl…20I 7 基于RMR岩体分级系统的TBM掘进性能参数预测 王 健,王瑞睿,张欣欣,刘海东,庞永昊 (山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南250061) 摘要:为解决由于地质条件原因造成TBM掘进效率低F的 题,綦于占林引松供水t 建 的.rBM数据 ,提tt{膻J}】RMR 分级系统对TBM的掘进性能参数进行预测。通过回门分析的 法分别建立丁RMR‘j TBM性能预测参数捌进速半(P )、施r 进 度(AR)、利用率(『,)以及贯入度指数(删)的经验公式。研究结果表明:RMR j 、A 、 均 现一次十l{天天系,R,IIR 0¨J,为线 性关系,且相关系数均大于0.7;当RMR=50~70时,岩体具有较好的町捌性; 1柑体条什较差(RMR<30~40)或1i千 怵条件微 (RMR>70~80)时,岩体的町掘性均较差;吉林引松工程TBM掘进的平均利用半为22.36%, j地质条件卡¨火的 ㈠llf州约i I总 j-期的25.97%。 关键词:TBM;占林引松供水工程;隧洞;RMR;掘进性能参数;掘进速度;施I 进度; ̄-wjjlJ DOI:10.3973/j.issn.1672—741X.2017.06.008 中图分类号:u 45 文献标志码:A 文章编号:1672—741X(2017)06—0700—08 Estimation of TBM Performance Parameters Based on Rock Mass Rating(RMR)System WANG Jian,WANG Ruirui,ZHANG Xinxin,LI U Haidong,PAN(;Yongllao (Geotechnical and Structural Engineering Research Center,Shandong UaiversiO;,Jinan 25006 l,Shandong,Chin“) Abstract:In order to solve low boring efficiency of TBM caused by geological conditions,the TBM bo| i ng performa t parameters estimation based on rock mass rating(RMR)system is proposed in view of TBM data base of So,Ighua R Water Conveyance Project in Jilin Province.The empirical correlation formulas of RMR with FBM ped'orma,.:e parameters,i.e.penetration rate(PR),advance rate(AR),utilization(U)and field penetration index( ’, ,)a rt respectively given by regression analysis.The study results show that:1)The relationship between RMR al I PR aud that between AR and U can be approximated by second—degree polynomial CUl‘ves:RMR an(1 尸,present linea ̄ relationship.and the correlation coeficifents are all larger than 0.7.2)Bettm’performance ot。。I'BM【‘an be reLR’1l (I-I1 fair rock(RMR=50—70)whilst bad performance of TBM will be reached in bad rocks(RMR<30—40)OI’fO( k beyond good(RMR>70—80).3)The utilization of TBM used in Songhua River Water Conveyance Project in Jilin Province is 22.36%,and geology and rock mass related downtime takes about 25.97%in total cons[i‘uction s(:lie(1ule Keywords:TBM;Songhua River Water Conveyance Project in Jilin Pl’ovince;tunnel;rock nlass rating(RMR); I'BM boring performance parameters;penetration rate;advance rate;utilization 0 引言 进入21世纪以来,国内外隧道等地下工程迅猛发 km,到2020年TBM需求量I叮达500多白 …此i r , TBM将成为我 隧道施 L 的优先选择办法 , 展,地下空间开发利用率逐年增高。与传统的钻爆法 相比, l BM困具有开挖速度快、可连续操作、岩渣均 匀、施工安全等优点,已在越来越多的隧道工程中采 用㈠-31。据统计,我国适用TBM开挖的隧道超过600 收稿日期:2016—09—12;修回日期:2016—12—01 TBM掘进速率叮达传统钻爆法的3~10俯 , TBM对极端地质条件的适应性较 动地层时,如果地层存 剪胀 删或 TBM穿越扰 问 较小,将 很可能导致地层超挖或塌力‘事故;当遇到混合 挖l 基金项目:国家重点基础研究发展汁 ̄(973)项目(2O13CB036002) 第一作者简介:王健(1990一),女,辽宁本溪人,山东大学岩土 程々业 泼坝l , 究力 为 l’BM 能坝测、 ffI1 J支数据挖伯l E I rKt ¨allgjian2013329@163.coin 第6期 王健,等: 基于RMR岩体分级系统的TBM掘进性能参数预测 70l 时,尤其是软硬变化频繁的开挖面,硬岩从软弱岩层中 脱落将造成卡机事故或导致护盾损毁;TBM在高地应 力地层掘进时,高地应力将引发开挖面围岩的剪裂,从 而严重影响TBM的掘进性能,如法国阿尔卑斯山隧道 的掘进速率低于0.18 m/h_5j。可见,若不经过严格的 认证,采用TBM施工很可能发挥不了TBM的优势,甚 至会极大地增加项目工期和施工成本。因此,近年来 在现场施工资料的基础上,但是由于工程地质条件的 单一性,使得预测模型只能用于相近地质条件,不具有 推广价值。随着科技的进步和发展,各种地质探测方 法不断革新,对精准度要求不断提高,经验模型的局限 性突显。半理沦半经验模型结合了工程资料和室内全 断面切割试验或现场试验,其模型具有普遍性,可以灵 活选择岩体力学参数。 越来越多的学者致力于TBM掘进性能的预测 J。 P.J.Tarkoy 分析了TBM性能与岩体硬度指数 之问的关系,得到随着岩体硬度指数的增加,TBM掘 进速度逐渐降低;F.J.Macias等 应用岩体破碎系 数 来表示岩体裂隙对TBM掘进性能的影Ⅱ向,分析 表明当k 较小时,k 对掘进速率的影响较小,因为岩 块的力学性能是影响TBM掘进速率的主控因素;E. Paltrinieri等 根据岩体的破碎程度和风化程度建立 了一个破碎岩体的分级系统,将破碎岩体共分为4 级,并通过分析得出岩体的破碎有助于TBM的掘进, 随着岩体破碎程度的增加,转速(RPM)显著减小,掘 进速度(PR)相应降低,降低最明显的是施工进度 (AR)。上述研究多集中于应用岩体参数进行TBM 性能参数的预测,而对于应用岩体分级进行TBM掘 进性能预测的研究却鲜有报道,且目前选用的岩体 分级方法也多集中于应用隧道岩体分级方法,如Q 系统和RSR分级方法。 本文基于吉林引松供水工程建立的TBM数据库, 通过回归分析方法实现了应用RMR岩体分级系统对 TBM的4项性能预测参数(PR、AR、U和删)的精准 预测。研究结果不仪促进_『TBM理论的发展,而且对 TBM掘进施工具有重要的指导作用。 1 TBM破岩机制及施工预测模型 1.1 TBM掘进破岩机制 TBM滚刀在刀盘上按一定的几何和力学规律均 匀 置。TBM通过滚刀传递压力及扭矩,各滚刀在岩 石面上做不同半径同心圆的压滚运动,前面的滚刀可 为后面的滚刀提供破岩临空面,实现前后滚刀顺序破 碎及切割岩石 …。 TBM掘进破岩主要包括2个连续的过程:首先 TBM滚刀侵入岩体,在滚刀下方形成压碎区,并在岩 体内部产生微裂隙;然后相邻滚刀问的裂隙不断扩展 连通,最终导致岩石碎片的形成 101。TBM刀具破岩原 理见图1。 1.2 TBM施工预测模型 目前对于TBM掘进性能的预测主要通过施工预 测模型,施 预测模型大体可分为经验模型和半理沦 半经验模型,N FNU模型和CSM(科罗拉多矿业学院) 模型分别是卜述2种方法的代表。经验模型主要建立 压 图1 FBM刀具破岩原理 一些学者采用简单回归或者多元回归的分析方 法,进行岩体力学性能对TBM施工性能的评估¨。。 J, 主要应用的岩块力学参数包括单轴抗压强度、巴西抗 拉强度、斯密特硬度、泰伯磨损、点荷载指数、脆性指 数、地质强度指数,主要的岩体特性参数包括节理问 距、节理方向以及风化程度,岩体所处环境条件包括地 下水条件和地应力 。 近些年,人工智能方法逐步被应用于TBM施工性 能预测。M.Alvarez Grima等¨ 采用神经模糊模型预 测掘进性能;A.G.Benardos等¨ 提出用人工神经网 络(ANN)的方法来预测TBM性能;ZHAO Zhiye等 8_ 提出集成神经网络ENN预测模型,与之前提出的人工 神经网络预测模型相比,ENN具有能够充分考虑现场 数据的不确定性,并能应用重新选样技术对有限的数 据进行合理推理及预测的优点;S.Yagiz等¨ 结合人 工神经网络(ANN)和质点群优化来预测TBM性能; 温森等 提出应用Monte Carlo—BP神经网络开展预 测,应用Monte Carlo实现参数的随机性输入,样本数 据有限时可以采用阶梯形经验分布函数,然后利用BP 神经网络来预测掘进速度。 另外,一些学者应用岩体分级系统建立TBM施工 的经验模型,在众多的岩体分级系统中,目前多采用 RMR和Q岩体分级方法。 2岩体分级系统 2.1 岩体分级系统预测TBM掘进性能 口前国内外有许多工程岩体分级方法应用于矿业 及岩土T程,且部分学者开展了岩体分级与TBM掘进 建霞 性能十II天性的研究。F.Cassinelli等 提出用岩体结 构分析(RSR)评估TBM掘进速度,但是此模 没有考 虑 FBM本身对掘进速度的影响,没有岩石与TBM的 交互参数;A.Palmstr ̄m 将RMI作为参数加入 NTNU模型来评估TBM的掘进速度;N.Barton 提 Ⅲ在原有岩体Q分类系统的基础t加入一些与TBM 挖相关的参数来评价TBM性能,形成Q 施工预测 值 ̄l;Ihii7, 剑,trl l‘仆的总RMR, I 1 结 小连续结构In 向修』J 系数(B ),综合汁 :j 川1 体质 综合特 RMR。汁,j1:公J= 为: RMR=BI+/7 +如、+R +8 +8 众多的 体分级力 法III,RMR 体分级力‘法址 刑 、I"-定li}、、t"-定 Pl-分析力 法 RMR分级力‘法的40多 I 及采矿I 领域,J lJ简r(c,II_ 川1 被人liDS J、 川JJ 隧道 模 ,Qm 模型参数太多而且比较复杂,与TBM破岩 小太相关的一些参数也被包含其中,因此此模型不被 广泛采用;Jafar Khademi Hamidi等‘ 应用模糊RME rt- 到r} 遄的从・ f M. Sapigni 的相父 经研究, …RMR系统 j I'BM 进述半 优_f Q系统 、综I 所述,幢川l{MR 分级方法,该方法能够精确地预测施工进度(AR)。数 据显示,各种基于岩体分级方法的预测模型的结果’卜 分卡}j近:当岩体条件极好或者极差的情况下均小利于 分级系统 估rrBM的捌进 PI:tI ̄址llj‘ I l'l"J 3 工程概况及数据库的建立 3.1 吉林引松供水工程总干线四标段施工段地质及 水文条件 。TBM的掘进;岩体分级与TBM掘进速率之问的相火 性较差 ‘ 林竹,f,部城ff ,jI松供水1 手l 为 流输水隧洲, -l德河、 虽然很多学者进行 大量岩体分级与TBM掘进 惟能相火性的研究,但是这 研究中的许多隧道岩体 伞长69.855 knl,圾水l If J 卜满水库,途 岔路河剑饮, IJ分水I I,隧洲洲底坡瞍l/4 300隧fIllJ 施T采川以捌进机为 、钻 法为 ii(1'J施1 力‘法, f】I'llj 分级方法,如Q系统、RSR等,多根据岩体的稳定性进 行划分, TBM施工环境下的岩体分级主要应钊‘对岩 体的呵掘性。因此,以评估围岩稳定性为主的一些岩 设辅助施l 史洲 . If1,总f:线施…U怀段f 十 林 r 岔路河垒饮1-5{II』之川,线路 855,总长度22 955 Ill, 工程 48+900~7l+ I{}i 2 体分级方法并小适合用来进行TBM施工性能的预测。 2.2 RMR岩体评估系统 I 地 化 、 包 K 22 955 in I'l"J,』I水隧洲、3 迎风 Jl 、 RMR分级方法即岩体地质力学分类,由 Bieniawski于1973一l975年提出,该方法已被广泛地 心用于土木1:程领域。RMR分级法主要包含5个岩 饮马河训 仆、7 施J 支洲、8 施I 支洲和小}『l1,J.U L.施l 竖if:及 他 II、』 ,』 1 T}{M施I 段为20 l98 nl, 3 TBM施J 段采 个=断 TBM进i 挖, 占总K约88%,l 总仆 用叶I㈧I}r铁装箭 产的敞 体参数:岩块强度(B,)、RQD值(B )、节理问距 (B )、 理条件(B )及地下水(B )L 24]。根据各类参 数的实测资料,按照标准进行评分,再将各参数的评分 外挖断 为 肜, I:挖hL'I  Ii人于7.65 111 ¨{l ̄1 j 休没 计参数叟¨ 1所爪..  。~.-'t/ 春毋向 t il*, ~ 饮 毋 一河 图2 引松供水工程地理位置平面图 Fig.2 Plan of Songhua River Water(]OIIVl; yi.1n(・r l>lojecl 6 J纠 E蚀,等: 基j:RMR 体分级系统的 FBM掘进性能参数预测 703 U : 星: 、8 之洞(1 187.6 m,坡度9.8绚 , 7 支洞(518.1 m,坡度l0.蹴~ll叼 I 型 - 1 T-《 ’ :重薯 洲挺柏 l  tr管线 _ ■ 爆』:●■n 掘进段 ■ 、河j i摊# ■ IITBv ̄避≠2- 一向 ■■■IT l掘进殷 薛卸 l 随 舸删 “二鼍 L- ! .J 预面匀滏凝土段 占In 特 萎器 ‘n’ l\雾 图3 引松供水工程总干线四标段工程布置示意图(单位:n1) Fig.3 I’lan of Bid Section No.4 of Songhua River Water Conveyance Project(m) 表I 引松供水工程TBM参数 Fable 1 TBM pal’ameters of Songhua River Water Conveyance Project 林t川 供水】 程主I:线四标段线路总体走向由 北尔向南fHi,地貌为低山 陵和相问沟谷。沿线地形 吉林引松供水工程建立了TBM混合云管理平台, 实现了196个TBM机械和电液参数,如掘进速度 (PR)、推力、扭矩、贯人度、刀盘功率、掘进时间和停工 起伏.植被较发育,高程264.0~48a.0 m,洞室最大埋 深260 HI,沟 累计长度约3 229 m。 Il{=『期勘察以及丌挖的辅助涧对于揭露工程地质条 时间的实时获取和上传,根据上传的数据可以计算 PR、AR、U及FPI值。吉林引松供水工程TBM操作手 共2人实行轮班制,且在施工过程中根据滚刀磨损情 况实现丫滚刀及时更换,因此本文忽略人为操作因素及 滚刀磨损状态对于TBM性能参数的影响。TBM掘进过 程中在不同里程通过钻孑L取芯的方法获取岩石试样,在 件、水文条件有较好的指导作用。施工段表层被第四 系坡洪积物和}1fI洪积物所覆盖,其下为基岩。隧道主 轴线地层主要}lj砂岩、花岗岩、安LLl岩、闪长岩、凝灰 岩、/火岩纰成,本段 皱小发育,灰岩多为单斜地层。 断裂构造力 向以NE和NW为主,断裂构造多有继承 性祠1 合, 的特点一L作 没有对—翻 具有深远影响 的深大断裂,结构而以Ⅱ一V级为主。开挖地段含水 厚Il1I水:l}丰富,地表水及地下水的水力坡度大,径流 条件 ,r人J此地下水、地表水形成密切联系,极易形成 实验室中对试样经过切削打磨加工成标准岩石试样,通 过WDW一100E电液伺服万能试验机进行压缩试验,获 取单轴抗压强度(UCS)。图4为室内单轴压缩试验图。 通过地质素描图和现场拍照获取岩体的节理裂隙发育 情况,得到岩体岩石质量指标(RQD)和节理间距 (DPW)。图5为TBM施工现场洞壁照片。应用 突水、突泥等地质灾害。表2列出了沿着隧道轴线方 向不¨岩性的平均RMR值、地下水分布情况以及主要 R_MR=Bl+B2+B3+ 4+B5+ 计算出相应的RMR 岩体特性 3.2 TBM性能预测指标以及数据库的建立 大 的] 实践和研究表明,TBM的掘进性能叮 值。表3列出了沿隧道轴线方向,不同岩性的RMR值、 岩石质量指标(RQD)、节理间距(DPW)、单轴抗压强度 (UCS)、掘进速度(PR)、施工进度(AR)、贯人度指数 (FPI)、利用率(U)、地质条件相关停工时间百分比 (GRRD)、其他停 ̄t]ql司百分比(oe,D)的平均值。 以通过{J=iIj进速率(PR)、施I:进度(AR)、利月{率(U)以 及贯人度指数(FPI)米衡 、 704 隧道建设 表2岩石特性及参数 P 2 Chul,ilt・t ristj( s aI1(1 I1 {rHlI1PIf f (’f.n) ks 地j 、 { w fi'( … … 78・23 1 懈 “典含衬 ~22%. 川 圳、 甜 56 iI 陀 炎 l 懈列潮 也l’li {Z .t I≈." _R 芒,tl :j 碰 } 幻Jjr. 分 剁K r 炎匀 仃, 情 .矿物. ≈ 1 平祭 。 t ∞. 靖 足结核I.敛 坎状构ji2.斑I7 } 嘭为斜K 7 、 ÷ 45 86 潮湿到滴,K 地● 。撤密 .1 坤裂隙4:发f , } 瞰.庀}1- fI蜒、。・ £1 城5(’d7 潮} 刑滴 ● 灰 也. 肤 i 陶.映 I 构造,嗣物j 分’如K7f、 他、 8 , ,‘ ● /÷母、 . “ .裂 弦育.多为 坎 也,-f ,^ ,一 , 、¨ 9 ∞ … 6().34 I’燎 U潮 } 均.伙 f {:,J , 物l挖‘ 为删l:f 、 I蜒、fn e.j bi j ・ p0,i舅【jj .f ^ 1,1-5・ ÷~l5 ;. ; 发ff.々 ,l{ 孜 部稳定¨:堆 浅版 .. l 6g.22 恂, 状 穗.锻帐 硬.彩 , 琅 徽J‘¨{二.… 水 } ( ..}。 }I{I . {:卸,J ‘:} i: .致:暂i ̄i-:删. f‘IfE. J_fp ! e发 39 25 滴水到流,K 霄稳定 H.较 .25・ 流水 浅灰也 。一 I ^} {勺. 状f句 . l t 们 .弛 『 l化.j ・{ 史fl- 的泥 … 伸 j .欣f I 浅f勺}I:包.掰帜 i蜘.J!k 构造.钠j 55 17 湘} 矧 斋,k rI 藏 i i 78 .fI 7 ;. . 尚Inf较、 d . 陬发fj. i 段 e Ⅲ 硒鄢 0 陵 3 4 经验公式的建立及 ¨;M掘进性能预测 J 获 l{M1{ _f水; 级 j TBM :_’韭 } 能j,f。川 父系,jfⅡ过 【Ij l }fJ 分 4 - 1 ff1, ‘j Ilj:Ij j享:f f)、 鼽lj r 迷 (,,、 )、帕!i 进} (I/t)埂”} j 数(,,’/)f 堡 验 -I=, 给川:』 验公 , } i!J 4.1 , 1,It?与利用率(㈠回归分析 系 T13M手『jJ{J等 0静j 进¨、jl1iJ j总 1 fJ ij『!,J} 1分!匕 火:l} 究]I J, 弛 -Ⅵ= I川J 缸(,) 的 ii J 4,J in :1)_rILM I IjJ、r干jj 的 ,也折 i 7 “ 的 ll:2、 n 川f 亨 ,乏_换 t ’I’ iⅢi :3 1 0: 川I匝 什,『之… , {J’:J)I{ 他 1 J能 敏 室内单轴压缩试验图 ¨g. )f1 iII(hlI,1 liiiI l×inl E・tlIi1llIl・ i(1lI it …l, 良地质 ” m jj Ji (f、的 “ j 过I -j『J 1分昕{ ● 0 IIR Ifjjl J等 (,,1 聆…『J i j。 : }1.438 5,211 …25 974 f:一o。009 4 1, 川 ”系数 : :().833 10IR Jj平IJf{J {’ (r’)n j 系l!!i线&Ill冬i 6 fi玎,J , IlR 干¨刊…半的fl 系数“达Il) 833,II. 文川 关系:随f 尺IIR ffl0j曾 {}, l’l 、l r《l}j j 渐丁} 、 . ! 图5 Tl{M施工现场洞壁照片 5 l ̄}mlo【If.Illllll ̄・I、、:IlI tl ’l 1¨l_t ̄.1l1 RII17为50~70 i f、J利川串 i 划峰 .此 刊川 随 ,, 的增 渐降 : , w 『f『 68.2 处刊川 } 』I2 . 33,62q, ̄.fr R,Ill?ff 0 75 86,, 下0j}J 2;.JI{I,j、, 6期 健, : J J RMR 体分级系统的TBM掘进悱能参数预测 705 为6.25%.最大利刚牢为最小利刚率的5.37倍。山此 RMR 对TBM的施 利用率有较大的影响 、针 埘J11松供水 秤。rf1表3可知最长的与地质条ft ̄I:t关的 停I 时 发 卜 R,14R为25.86处,停工时间高达  ̄,llq‘ 的47.92%。引松供水工程的平均ORD、U、GRRD百 分比分布如图7所示,可见该工程的平均利用率为 22.36%,与地质条件相关的停工时问约【 总] 期的 25.97%,其他停_T时间约占总工期的51.73%。 表3不同地质单元刖 及 FBM的性能预测参数数值分布表 Table 3 RMR of dilf ̄'t l Ill】 ’al tlnils and Illlll i㈨l disl v’ibution of estimated performance parameters of TBM 名称 ……… KI ̄/m 、 均 。RQD/% Df m 20 1(】6 UCS/MPa l45 31 8l 42 PR/ AR/ b7 I/ U/ GRRD/ORD/总fl=‘I % % 日, 『1/ /% 71.65 RMR 8o l 279 8 79l 1 250 2 l54 1 510 (『(n1T1/h)/h) (m/)(m/h) [kN/(mn1 『 (rn/)l/r)] % 4.28 4.08 石英闪长 花岗岩 凝灰质砂 凝灰岩 闪长岩 78.23 56.1 l 45.86 50.47 60.34 1.2l 1.24 ; CI I 鳃 跎 0.37 0 63 0.64 0.9l 0.42 0 28 ().96 O.88 舳 69.5l 78.46 4.26 4 31 5.27 5.10 3.48 2.98 4 28 4.34 帅 1.07 一一, , ◆ 36.25 13,58 l5.56 l6.86 l8.O3 22.4 28.35 l5 23 56.42 30.28 l8.63 51.【)9 69 72 25.14 20.66 54.2 74.86 L x 0.92 1.18 1.71 0.36 0.19 0.87 1.18 21.37 32.14 46.49 78.63 1 7.22 60.38 77.6 8i (:l…2, D nI1 2.72 l《)8 56 78.28 45.25 l0O.69 l36 89 灰岩 灰岩 捩 .夹泥 、砂 2 094 l 935 3 303 250 68.22 39.25 25.86 55.37 73.56 22.45 l2.36 l2.56 33.62 1 3.98 52.4 10.33 36.53 53.14 6.25 47.92 45.83 20.36 3O.22 49.42 27.13 24.95 47.92 66 38 89 67 93.75 79 64 72.87 2.i CI一2,11 钠K斑 凝灰岩 J3 l8.89 3O.23 389 40 35 看出:RMR与 也呈二次相关,P尺在RMR为60~ 30 70区间段内达到峰值,当RMR过大或者过,J,H,j-,TBM 的掘进速度都较小;在RMR值为60.34处PR最大, 为5.27 nr/h,在RMR值为25.86处P尺最小,为 j } { j 25 萋20 15 10 ‘ 2.98 m/h,最大掘进速度为最小掘进速度的1.77倍 / !. 一 0.009 4edtR- ̄+1.438 5/ ̄1-25.974 0.833 』 40 5【 J6(I 70 8【 j9(j 6・0 5・0 ● 2I} RMR 2 4・0 图6 RMR与利用率(f/)的关系曲线 Fig.6 CoiTehilion of RMR and utilization(U) ≥3.0 、■’ fl 0.0Dl lm + l50 8RMR-0.31 2 5 R =0.727 l 30 40 50 60 70 8U RMR 、 匿2O .1.0 0.0 20 图8 RMR与掘进速度( )的关系曲线 Fig.8 Relationship between ILMR and PR 图7平均ORD、t ’、GRRD百分比分布图 ¨g.7 “。Pi ̄lage distl’ilmtio u1 ol avei’age ORD.U all(|GRRD 4.3 RMR与施工进度(AR)回归分析 施工进度(AR)不仅与TBM的掘进速度( )有 关, 4.2 RMR与掘进速度(尸刖回归分析 掘进速度(PR)表征TBM掘进的快慢,是评价 j.掘进的地质条件、施工机械以及各种人为冈 素有关 。通过回归分析建立的RMR Jj施工进度 (AR)的经验回归公式为: 尺=一0.000 5RMR +0.075 7RMR一1.540 8 FBM掘进 %fii ̄的最币=要指标。通过同『Jl1分析建 的 RI4R I_Ij栅进速度(PR)的经验 .公式为: 相关性系数为: R =0.783 l。 PR:一0.O0l 1 RMR!+0150 8R.,1,IR一0.3l2 5 相天性系数为: R :0.727 1一 通过同归分析得出AR与RMR 二次 的天系, 如 9所示。AR在RMR为60~70区间内取得峰值, RMR 掘进速度(PR)的关系f{ff线见 8。可以 AR最大竹为I.71 m/h,是最小值0.19 m/h的9侪,可 窿莲建谨 第37卷 见RMR对施工进度(AR)有很大的影响。经分析得出 RMR对施工进度有巨大影响的原因是:当RMR值较 L L L L L m m m m n 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 5结论与讨论 1)RMR与利用率(U)、掘进速度(PR)、施 进度 (AR)均呈现二次相关关系,RMR与贯入度指数(Ft,,) 一 \lⅡ一\ 弋 低(RMR<30~40)时,地质条件较差,TBM经常停止 掘进,大量的时间用于围岩的支护,导致施工进度较 为线性相关关系,相关性系数均在0.7以上,其中利用 率(U)与RMR的相关性系数商达0.833, 用RMR 慢;当RMR值较高(RMR>70~80),岩体的完整性和 强度均较高,滚刀很难切人岩体,导致贯入度小,切削 效率低,掘进速度慢,施工进度也较慢。 体分级可以较好地评估TBM的掘进性能。 2)吉林引松供水工程最长的与地质条件卡¨关的停 工时间发生在RMR为25.86处,利用率( )、掘进速度 ● ● 一一一— 一 尊一I ● / /一/,.◆  }… L … … 1 一 _ 20 30 40 50 60 70 80 9O RMR 图9 RMR与施工进度(AR)的关系曲线 Fig.9 Relationship between RMR and AR 4.4 RMR与贯入度指数(FPI)的回归分析 大量研究表明,岩石的可掘性可用单刀推力和贯 人度的比值即贯人度指数(删)来衡量 -291。通过 回归分析建立的RMR与贯入度指数(删)的经验回 归公式为: FPI=0.419 8RMR一3.463 1 相关性系数为: R =0.737 2。 RMR与贯人度指数(FP,)的关系曲线见图10。 可以看出:删与RMR呈线性关系,随着RMR值的增 加,贯入度指数( ,)也逐渐增加; ’P,最大值为 36.25 kN/(mm/r),为最小 ,值12.36 kN/(mm/r) 的2.93倍。表明当岩体强度越高且完整性越好时,单 位切深所需的推力越大,即岩石的可掘性越低;反之, 岩体强度越低、节理裂隙发育程度越高时,单位切深所 需的推力越小,即岩石的可掘性越高。 ◆ ; EdI=0.童 4D12一9n 1’1 8Rb ̄-' 3. 463 1 7 / 一 毒 _ ◆ ● 一,,, ● / 20 30 40 50 6O 70 80 90 R 图10/OIR与贯入度指数(FP,)的关系曲线 Fig.10 Relationship between RMR and FPI (PR)、施工进度(AR)的最大值均在RMR为50~70 问段内。 3)当RMR=50~70时,岩体具有较好的掘进性 能;当岩体条件较差(RMR<30~40)或 岩体条件极 好(RMR>70~80)时,岩体的l【|r掘性均较差。 4)吉林引松供水 L程TBM掘进的平均利用率为 22.36%,与地质条件相关的停工时问约占总工期的 25.97%,其他停工时问约( 总 【 期的51.73%。 5)TBM施工过程中应该加强现场的设备管理和 施工管理,提出相应的控制措施,降低故障的发牛次 数,减少不必要的停 :时间,增加TBM掘进速率及利 用率。 6)因为TBM数据是建立在吉林引松供水】 础上,因此数据具有局限性,结论仅适用于类似地质条 件_丁程,下一步工作将扩大数据样本,以便获取更有将 遍意义的结论。 参考文献(References): [1] 李术才,刘斌,孙怀风,等.隧道施l:趟f}订地质顺报 究现状及发展趋势[J].柑石力学与 程学报,2014.33 (6):1090—1l13. 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