一种盾构TBM掘进效能综合评价方法技术

本发明专利技术公开了一种用于城市地铁工程、山岭隧道工程、引水供水工程等采用的盾构TBM掘进过程中对掘进效能进行综合评价的方法，主要包括围岩可掘性分级评价、盾构TBM掘进指数分级评价和掘进效能综合评价三部分，实现了对盾构TBM耗能和掘进参数设定提供理论依据。本发明专利技术通过采用盾构TBM掘进效能综合评价方法对盾构TBM掘进施工过程进行评价，（1）可以有效对隧道围岩可掘性进行评估，进而对盾构设计提提供依据；（2）可以对盾构TBM掘进参数的合理性进行评价，进而对掘进参数进行优化调整；（3）可以对盾构TBM掘进效能进行综合评价，进而对掘进效率和施工成本的评价提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构TBM掘进效能综合评价方法
本专利技术涉及盾构TBM施工
，具体为采用一种可以对盾构TBM掘进施工耗能进行有效评价的盾构TBM掘进效能综合评价方法。
技术介绍
针对不同的地层通过设定相应的掘进参数来实现盾构TBM对隧道围岩的破岩掘进，盾构TBM掘进参数如推力、刀盘扭矩等设定不当不仅会造成盾构TBM耗能增加，而且会加大施工风险。盾构TBM掘进效能综合评价方法作为对盾构TBM耗能和掘进参数设定进行评价指导的手段，在施工过程中应得到足够的重视。目前，盾构TBM穿越隧道地层时掘进参数的设定多是凭借工程经验进行试掘进，然后根据现场施工情况再对掘进参数进行调整优化确定的。这种依靠施工经验确定的方法仅仅考虑盾构TBM掘进效率，对掘进过程中机械耗能的考虑不足，而且掘进参数需经过多次调整才能确定，这就增加了施工风险和机械耗能，增加施工成本。为此，根据盾构TBM岩机相互作用机理，综合隧道围岩可掘进性和掘进指数分级体系，建立一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，对不同地层盾构TBM掘进参数的设定和调整提供理论依据，对降低盾构TBM掘进耗能具有重要的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术根据盾构TBM岩机相互作用机理，选取地质参数(岩石单轴抗压强度、岩石磨蚀性和岩体完整性系数)和盾构TBM掘进参数(总推力、刀盘扭矩、掘进速度和转速)，而建立盾构TBM掘进效能综合评价方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，包括围岩可掘性分级评价、盾构TBM掘进指数分级评价和掘进效能综合评价三部分；所述的围岩可掘性分级评价包括以下步骤：1)选取掘进效能评价指标；2)利用地质参数建立围岩可破量计算模型；3)确定围岩可掘性分级；所述的盾构TBM掘进指数分级评价包括以下步骤：1)利用掘进参数建立盾构掘进指数计算模型；2)确定盾构掘进指数合理区间及分级评价；所述的掘进效能综合评价是指综合围岩可掘性分级和盾构掘进指数分级评价，对盾构TBM掘进效能进行综合评价；根据岩机相互作用机理，选取具有代表性的地质参数和掘进参数评价指标，综合考虑从隧道围岩和掘进机两个方面对盾构TBM掘进效能进行综合评价；所述的围岩可掘性分级评价，根据选定的地质参数，通过大量的实验和工程经验建立围岩可破量计算模型；根据可破量的大小对围岩可掘性进行分级，同时结合岩体完整性系数进行修正，然后生成围岩可掘性分级图，方便查找分级；所述的围岩可掘性分级评价，通过建立围岩可破量计算模型分析评价隧道围岩可掘性；围岩可破量是指围岩在盾构滚刀破岩过程中每把滚刀破岩方量，跟岩石单轴抗压强度UCS和岩石磨蚀性指数CAI密切相关，具体计算模型如下：RBV＝439100e-0.773CAIUCS-0.9(1)其中RBV为围岩可破量，即围岩被每把滚刀破碎的岩石方量，m3/disc；CAI为岩石磨蚀性指数，10-1mm；UCS为岩石单轴抗压强度，MPa；针对岩石磨蚀性分级，建立岩石单轴抗压强度与围岩可破量关系曲线，并根据围岩可破量的大小对围岩可掘性进行分级，然后根据岩体完整性系数的大小对围岩可掘性分级进行修正；根据选定的掘进参数，从掘进效率和机械能耗的角度建立盾构掘进指数计算模型，通过专业的统计分析对掘进指数划分合理区间及分级评价；所述的盾构TBM掘进指数分级评价，盾构TBM掘进指数主要受总推力、刀盘扭矩和贯入度的影响，其反应施工过程中盾构TBM掘进效率的高低和消耗机械能量的大小；根据滚刀破岩机理的研究，建立盾构TBM掘进指数模型：式中STI为盾构TBM掘进指数；P为贯入度，mm/r，为掘进速度v与转速n的比值；F为盾构总推力，kN；T为盾构刀盘扭矩，kN·m；利用专业分析软件对盾构TBM掘进指数进行标准化处理，使处理后的盾构TBM掘进指数符合正态分布，去除奇异数据后取置信区间为0.70时掘进指数为合理区间，并根据合理区间对盾构TBM掘进指数进行分级评价。利用围岩可掘进分级和盾构掘进指数分级评价综合评价盾构TBM掘进效能。积极有益的效果：本专利技术通过采用盾构TBM掘进效能综合评价方法对盾构TBM掘进施工过程进行评价，(1)可以有效对隧道围岩可掘性进行评估，进而对盾构设计提供依据；(2)可以对盾构TBM掘进参数的合理性进行评价，进而对掘进参数进行优化调整；(3)可以对盾构TBM掘进效能进行综合评价，进而对掘进效率和施工成本的评价提供参考依据。附图说明图1为本专利技术的综合评价方法流程图；图2为围岩可掘性分级图。具体实施方式下面结合附图及具体实施案例，对本专利技术做进一步的说明：如图1、图2所示，一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，包括围岩可掘性分级评价、盾构TBM掘进指数分级评价和掘进效能综合评价三部分；所述的围岩可掘性分级评价包括以下步骤：1)选取掘进效能评价指标；2)利用地质参数建立围岩可破量计算模型；3)确定围岩可掘性分级；所述的盾构TBM掘进指数分级评价包括以下步骤：1)利用掘进参数建立盾构掘进指数计算模型；2)确定盾构掘进指数合理区间及分级评价；所述的掘进效能综合评价是指综合围岩可掘性分级和盾构掘进指数分级评价，对盾构TBM掘进效能进行综合评价；根据岩机相互作用机理，选取具有代表性的地质参数和掘进参数评价指标，综合考虑从隧道围岩和掘进机两个方面对盾构TBM掘进效能进行综合评价；所述的围岩可掘性分级评价，根据选定的地质参数，通过大量的实验和工程经验建立围岩可破量计算模型；根据可破量的大小对围岩可掘性进行分级，同时结合岩体完整性系数进行修正，然后生成围岩可掘性分级图，方便查找分级；所述的围岩可掘性分级评价，通过建立围岩可破量计算模型分析评价隧道围岩可掘性；围岩可破量是指围岩在盾构滚刀破岩过程中每把滚刀破岩方量，跟岩石单轴抗压强度UCS和岩石磨蚀性指数CAI密切相关，具体计算模型如下：RBV＝439100e-0.773CAIUCS-0.9(1)其中RBV为围岩可破量，即围岩被每把滚刀破碎的岩石方量，m3/disc；CAI为岩石磨蚀性指数，10-1mm；UCS为岩石单轴抗压强度，MPa；针对岩石磨蚀性分级，建立岩石单轴抗压强度与围岩可破量关系曲线，并根据围岩可破量的大小对围岩可掘性进行分级，然后根据岩体完整性系数的大小对围岩可掘性分级进行修正；根据选定的掘进参数，从掘进效率和机械能耗的角度建立盾构掘进指数计算模型，通过专业的统计分析对掘进指数划分合理区间及分级评价；所述的盾构TBM掘进指数分级评价，盾构TBM掘进指数主要受总推力、刀盘扭矩和贯入度的影响，其反应施工过程中盾构TBM掘进效率的高低和消耗机械能量的大小；根据滚刀破岩机理的研究，建立盾构TBM掘进指数模型：式中STI为盾构TBM掘进指数；P为贯入度，mm/r，为掘进速度v与转速n的比值；F为盾构总推力，kN；T为盾构刀盘扭矩，kN·m；利用专业分析软件对盾构TBM掘进指数进行标准化处理，使处理后的盾构TBM掘进指数符合正态分布，去除奇异数据后取置信区间为0.70时掘进指数为合理区间，并根据合理区间对盾构TBM掘进指数进行分级评价。利用围岩可掘进分级和盾构掘进指数分级评价综合评价盾构TBM掘进效能。由于盾构TBM掘进是盾构机与岩石相互作用的过程，因此综合隧道围岩可掘性分级与盾构TBM掘进指数分级，将盾构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：包括围岩可掘性分级评价、盾构TBM掘进指数分级评价和掘进效能综合评价三部分。

【技术特征摘要】
1.一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：包括围岩可掘性分级评价、盾构TBM掘进指数分级评价和掘进效能综合评价三部分。2.根据权利要求1所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：所述的围岩可掘性分级评价包括以下步骤：1)选取掘进效能评价指标；2)利用地质参数建立围岩可破量计算模型；3)确定围岩可掘性分级。3.根据权利要求1所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：所述的盾构TBM掘进指数分级评价包括以下步骤：1)利用掘进参数建立盾构掘进指数计算模型；2)确定盾构掘进指数合理区间及分级评价。4.根据权利要求1所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：所述的掘进效能综合评价是指综合围岩可掘性分级和盾构掘进指数分级评价，对盾构TBM掘进效能进行综合评价。5.根据权利要求1所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：根据岩机相互作用机理，选取具有代表性的地质参数和掘进参数评价指标，综合考虑从隧道围岩和掘进机两个方面对盾构TBM掘进效能进行综合评价。6.根据权利要求1或2所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：所述的围岩可掘性分级评价，根据选定的地质参数，通过大量的实验和工程经验建立围岩可破量计算模型；根据可破量的大小对围岩可掘性进行分级，同时结合岩体完整性系数进行修正，然后生成围岩可掘性分级图，方便查找分级。7.根据权利要求1或2所述的一种盾构TBM掘进效能综合评价方法，其特征在于：所述的围岩可掘性分级评价，通过建立围岩可破量计算模型分析评价隧道围岩可掘性；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，王利明，杨振兴，孙振川，李宏波，
申请(专利权)人：中铁隧道集团有限公司，盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：河南,41