須采用全斷面巖石掘進機施工隧道（洞）工程的增多及全斷面巖石掘進機施工對地質(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機施工隧洞工程的經(jīng)驗進行認真總結(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機施工隧洞工程的全斷面巖石掘進機主參數(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機應(yīng)用技術(shù)水平提高做出貢獻。
關(guān)鍵詞:巖石掘進機技術(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)濟的開挖方法是全斷面巖石掘進機（Fullfacerocktunnelboringmachine，簡記為TBM）。由于全斷面巖石掘進機施工對地質(zhì)較敏感，因此，選用全斷面巖石掘進機施工工程的前期工作不僅多而且細�；谌珨嗝鎺r石掘進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，并對其部分功能進行了實例驗證。
1、全斷面巖石掘進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機（opentypefullfacerocktunnelboringmachine）；隧道圍巖完整性較差，容易塌方者選用護盾式全斷面巖石掘進機（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)濟性指標的確定更是如此。
為使上述參數(shù)的計算準確、方便，我們首先將大量實際工程記錄的數(shù)據(jù)進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機掘進速度決定，而影響掘進速度的因素中，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。 |
