須采用全斷面巖石掘進(jìn)機施工隧道（洞）工程的增多及全斷面巖石掘進(jìn)機施工對地質(zhì)地層性能參數(shù)的敏感性，不僅需要切實對全斷面巖石掘進(jìn)機施工隧洞工程的經(jīng)驗進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，更需要利用電子計算機對數(shù)據(jù)、圖形的強大處理能力，將這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)化并為將來全斷面巖石掘進(jìn)機施工隧洞工程的全斷面巖石掘進(jìn)機主參數(shù)預(yù)測和開挖費用預(yù)測提供切實可行的工具和手段。為此，我們開發(fā)出了TBM參數(shù)預(yù)測軟件，以期為我們國家全斷面巖石掘進(jìn)機應(yīng)用技術(shù)水平提高做出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞:巖石掘進(jìn)機技術(shù)參數(shù)預(yù)測軟件
我國是多山的國家，且多集中在西部。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，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越多。特別是我國南水北調(diào)西線工程，最長的隧洞長約489.9km，最長洞段長達(dá)73km。這些隧道（洞）所穿越的地質(zhì)多是強度不等的巖石。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（Fullfacerocktunnelboringmachine，簡記為TBM）。由于全斷面巖石掘進(jìn)機施工對地質(zhì)較敏感，因此，選用全斷面巖石掘進(jìn)機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)機施工工程的客觀實際，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)的計算機語言開發(fā)出了TBM參數(shù)預(yù)測軟件，并對其部分功能進(jìn)行了實例驗證。
1、全斷面巖石掘進(jìn)機施工隧洞需要的基本參數(shù)
1.1已知參數(shù)和預(yù)測參數(shù)
全斷面巖石掘進(jìn)機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、巖石的單軸抗壓強度、抗拉強度、無側(cè)限抗剪強度，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)測的全斷面巖石掘進(jìn)機的主參數(shù)是：刀盤直徑、滾刀直徑、刀盤推力和刀盤裝備扭矩。須預(yù)測的開挖費用包括開挖單價和刀具的消耗費用。
1.2預(yù)測參數(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，首先應(yīng)選擇出合適的全斷面巖石掘進(jìn)機機型。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（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（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)機的基本機型，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，借鑒相類似工程確定；直接影響隧道工程造價的刀具壽命，開挖單價等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的確定更是如此。
為使上述參數(shù)的計算準(zhǔn)確、方便，我們首先將大量實際工程記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集整理并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，然后通過計算機語言編程，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)庫中的相應(yīng)參數(shù)對比分析，篩選出合適的計算參數(shù)后，再通過根據(jù)實際工程擬定的計算準(zhǔn)則計算出結(jié)果。例如，工程工期預(yù)測。工程工期主要由全斷面巖石掘進(jìn)機掘進(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。在通過對秦嶺I線隧道平均工作時間分析基礎(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)測值，通過不斷校正計算參數(shù)提高計算精度。工程投資和開挖單價的預(yù)測也采用這種方法。
2、參數(shù)預(yù)測軟件的基本組成及功用
參數(shù)預(yù)測軟件的組成主要包括用戶界面、規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫、預(yù)處理程序、中間數(shù)據(jù)庫、計算程序、解釋系統(tǒng)等部分。 |
