須采用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工隧道（洞）工程的增多及全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工對(duì)地質(zhì)地層性能參數(shù)的敏感性，不僅需要切實(shí)對(duì)全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工隧洞工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，更需要利用電子計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)、圖形的強(qiáng)大處理能力，將這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)化并為將來(lái)全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工隧洞工程的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)主參數(shù)預(yù)測(cè)和開挖費(fèi)用預(yù)測(cè)提供切實(shí)可行的工具和手段。為此，我們開發(fā)出了TBM參數(shù)預(yù)測(cè)軟件，以期為我們國(guó)家全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用技術(shù)水平提高做出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞:巖石掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)預(yù)測(cè)軟件
我國(guó)是多山的國(guó)家，且多集中在西部。隨著國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，規(guī)劃及在建的鐵路和公路交通網(wǎng)中的穿山越嶺隧道將越來(lái)越多。特別是我國(guó)南水北調(diào)西線工程，最長(zhǎng)的隧洞長(zhǎng)約489.9km，最長(zhǎng)洞段長(zhǎng)達(dá)73km。這些隧道（洞）所穿越的地質(zhì)多是強(qiáng)度不等的巖石。目前這樣隧道（洞）工程的快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)的開挖方法是全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（Fullfacerocktunnelboringmachine，簡(jiǎn)記為TBM）。由于全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工對(duì)地質(zhì)較敏感，因此，選用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工工程的前期工作不僅多而且細(xì)�；谌珨嗝鎺r石掘進(jìn)機(jī)施工工程的客觀實(shí)際，我們總結(jié)了世界上典型的TBM施工隧洞工程的相關(guān)資料并進(jìn)行了深入分析和研究，以此為基礎(chǔ)，選用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開發(fā)出了TBM參數(shù)預(yù)測(cè)軟件，并對(duì)其部分功能進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。
1、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工隧洞需要的基本參數(shù)
1.1已知參數(shù)和預(yù)測(cè)參數(shù)
全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工的隧道工程需要的已知參數(shù)主要是地質(zhì)地層的勘察參數(shù)和根據(jù)隧洞的幾何參數(shù)確定的隧道開挖參數(shù)。地質(zhì)地層的勘察參數(shù)包括：巖石類型、巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、無(wú)側(cè)限抗剪強(qiáng)度，巖石的裂隙及其與隧洞軸線的夾角、巖石的可鉆性等；根據(jù)隧洞的幾何參數(shù)確定的隧洞開挖參數(shù)包括隧洞的開挖直徑、隧洞軸線的坡度及其曲率半徑等。據(jù)此，需要預(yù)測(cè)的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的主參數(shù)是：刀盤直徑、滾刀直徑、刀盤推力和刀盤裝備扭矩。須預(yù)測(cè)的開挖費(fèi)用包括開挖單價(jià)和刀具的消耗費(fèi)用。
1.2預(yù)測(cè)參數(shù)的確定
根據(jù)隧道（洞）幾何參數(shù)、隧道（洞）埋深，隧道穿越地質(zhì)地層特點(diǎn)，首先應(yīng)選擇出合適的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)機(jī)型。一般條件下，隧道圍巖條件好者，選用敞開式全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（opentypefullfacerocktunnelboringmachine）；隧道圍巖完整性較差，容易塌方者選用護(hù)盾式全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（shieldedfullfacerocktunnelboringmachine）。由于施工隧道地質(zhì)地層的差異性較大，盡管確定了施工用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的基本機(jī)型，但其刀盤推力、刀盤扭矩、開挖速度等基本參數(shù)的確定還得要依據(jù)具體隧洞的地質(zhì)地層特點(diǎn)，借鑒相類似工程確定；直接影響隧道工程造價(jià)的刀具壽命，開挖單價(jià)等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的確定更是如此。
為使上述參數(shù)的計(jì)算準(zhǔn)確、方便，我們首先將大量實(shí)際工程記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集整理并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程，將具體工程的隧洞開挖幾何參數(shù)、地質(zhì)地層條件參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)參數(shù)對(duì)比分析，篩選出合適的計(jì)算參數(shù)后，再通過(guò)根據(jù)實(shí)際工程擬定的計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算出結(jié)果。例如，工程工期預(yù)測(cè)。工程工期主要由全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度決定，而影響掘進(jìn)速度的因素中，圍巖種類和節(jié)理發(fā)育程度影響最大。在通過(guò)對(duì)秦嶺I線隧道平均工作時(shí)間分析基礎(chǔ)上，采用概率密度函數(shù)和建立線性回歸函數(shù)的方法給出工程工期預(yù)測(cè)值，通過(guò)不斷校正計(jì)算參數(shù)提高計(jì)算精度。工程投資和開挖單價(jià)的預(yù)測(cè)也采用這種方法。
2、參數(shù)預(yù)測(cè)軟件的基本組成及功用
參數(shù)預(yù)測(cè)軟件的組成主要包括用戶界面、規(guī)則庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)處理程序、中間數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算程序、解釋系統(tǒng)等部分。 |
