双模盾构模式转换的判别方法技术

本发明专利技术涉及隧洞施工中模式转换方法的判定领域，特别是一种双模盾构模式转换的判别方法。旨在解决现有技术中双模盾构模式转换中最好的切换实际无法确定的问题。本发明专利技术首先通过盾构掘进过程中土仓压力和岩石强度，根据各参数对掘进速度的影响因素大小，选取关键参数拟合分析盾构掘进速率，建立掘进参数与地层参数的组合关系，预测分析双模盾构在不同掘进参数与地层因素下的掘进效率，通过工期因素判别掘进速率的差异性，进而确定盾构模式转TBM模式的模式的合适距离。优点在于：实现对模式转换瞬间的准确判定，降低施工成本。降低施工成本。降低施工成本。

【技术实现步骤摘要】
双模盾构模式转换的判别方法


[0001]本专利技术涉及隧洞施工中模式转换方法的判定领域，特别是一种双模盾构模式转换的判别方法。

技术介绍

[0002]随着盾构掘进遇到的地层越来越复杂，盾构穿越长距离软岩长距离硬岩交互区间会越来越频繁的遇到。传统隧道开挖方式是在软硬交接面设置开挖竖井，两侧分别用单一的盾构和TBM掘进，由于城市地区的狭小空间，和开挖竖井的效率低下严重影响交通，在软硬交互地层设置竖井逐渐被摒弃。随着技术进步既适用于软岩又适用于硬岩地层的双模盾构应运而生。目前双模盾构主要有泥水
‑
土压，泥水
‑
TBM，土压
‑
TBM三种双模盾构，其中前两种模式盾构并联组装，实现了模式转换的一键转换，大大提高了掘进效率，但是TBM和土压双模盾构在出渣设备较大，限于盾构内的有限空间，仅能够安装一种出渣设备，因此在模式转换时需消耗大量时间，一般模式转换时间达到15天。
[0003]在模式转换时为了提高模式转换的效率和掘进效率，传统的双模盾构在TBM转EPB模式时通长在距离软岩地层12m左右开始进行模式转换，在EPB转为TBM模式时通长在EPB进入硬岩地层15m左右开始进行模式转换。模式转换仅考虑了地层因素，未能考虑模式转换的时间因素，造成模式转换之后工期的延长。极容易造成在没有必要进行模式转换的区段进行了模式转换，导致施工效率低下，既造成费用的浪费，也造成工期的浪费。
[0004]在已公开的专利技术中，对该技术有两种改进方法，其一是通过对设备的改进实现模式的快速转换，其二是通过对岩层性质实现准确测定，实现转换时间的缩短。
[0005]为解决模式转换的必要性，本专利技术从模式转换前后掘进速率的差异性方面进行判定，统筹考虑模式转换时间，进而计算模式转换的经济距离，从而提出一种双模盾构模式转换时机的判别方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种双模盾构考虑掘进效率和经济距离的模式转换必要性判别方法，解决了双模盾构是否有必要进行模式转换的判别难题，利用模式转换前后掘进速度的差异性，考虑模式转换时间，判别模式掘进距离和经济距离的差异，使双模盾构在软硬交互地层掘进时达到最佳的掘进效率。
[0007]方法包括，通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离：在地质勘探阶段，收集隧洞地质情况，得到隧洞各个挖掘区间的岩层情况及地下水状况，初步确定模式转换时机及模式转换位置，TMB岩掘段中地层硬度大于15Mpa，且掌子面保证自稳状态，渗水小于25L/(min
·
10m)的要求，按检测区间分布，形成EPB土掘段【A1、A2、A3
……
AN】和TMB岩掘段【B1、B2、B3
……
BN】；
[0008](2)在EPB土掘段：在【A1、A2、A3
……
AN】的地层位置区间内，通过建立掘进参数相关性分析，确定掘进速度、刀盘转速、扭矩、推力、岩石强度和土仓压力等强相关性参数，得
出函数表示关系,
[0009]式中：表示土压模式下转速与速度的函数关系；
[0010]V
土
＝a'f'(N)+b'f'(T)+c'f'(F)+d'f'(Q)+e'f'(σ)+n：
[0011]其中：f'(N)表示土压模式下转速与速度的函数关系；f'(T)：扭矩与速度的函数关系；f'(F)：推力与速度的函数关系；f(Q)：岩石单轴抗压强度与速度的函数关系；f'(σ)：土仓压力与速度的函数关系，n为盾构有关的常数，各函数的系数可通过拟合得出；
[0012](3)在TMB岩掘段：在【B1、B2、B3
……
BN】的地层位置区间内，通过建立掘进参数相关性分析，确定掘进速度、刀盘转速、扭矩、推力、岩石强度等强相关性参数，得出TBM模式下掘进速度计算公式：V
T
＝af(N)+bf(T)+cf(F)+df(Q)+m；
[0013]其中：f(N)为转速与速度的函数关系；f(T)为扭矩与速度的函数关系；f(F)为推力与速度的函数关系；f(Q)为岩石单轴抗压强度与速度的函数关系，m是和TBM掘进有关的常数，各函数的系数通过拟合得出。
[0014](3)根据地层情况及地下水情况分析EPB和TBM在不同掘进模式下的掘进速度，引入模式转换时间，确定模式转换的位置与时机；
[0015]在硬岩地层掘进时认为:V
T
＞V
土
[0016][0017]得出：
[0018][0019]其中模式转换时间T通取12
‑
15天；
[0020](4)判断结果：当步骤3中，模式转换过程中，若硬岩掘进距离小于经济距离S建议进行模式转换，否则不进行模式转换。
[0021]还可以是，步骤(2)和步骤(3)中，土掘段【A1、A2、A3
……
AN】和TMB岩掘段【B1、B2、B3
……
BN】中的距离小于50米参数小于50米且呈间隔交错分布时，以剔除补加至上级数据的形式形成新的样本土掘段【A1
’
、A2
’
、A3
’……
AN
’
】和TMB岩掘段【B1
’
、B2
’
、B3
’……
BN
’
】。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离，根据地质资料判断地层岩性，地下水状况，初步确定模式转换时机及模式转换位置。在地下水丰富区段选用EPB模式掘进，在全断面硬岩地层且无地下水或者地下水轻微的渗水、潮湿的情况选用TBM模式。根据地层情况及地下水情况分析EPB和TBM在不同掘进模式下的掘进速度，考虑模式转换时间，确定模式转换的位置与时机。
[0024]本分明从掘进效率和工期方面解决了双模盾构是否有必要进行模式转换的判别难题，通过经济距离的分析，使双模盾构的模式转换具有明显的经济性，极大的提高双模盾构的掘进效率。
附图说明
[0025]图1是本专利技术流程示意图；
[0026]图2是本专利技术原理示意图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]实施例1
[0029]一种双模盾构模式转换必要性判别方法，参见图1至图2，包括如下步骤，(1)通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离：在地质勘探阶段，收集隧洞地质情况，得到隧洞各个挖掘区间的岩层情况及地下水状况，初步确定模式转换时机及模式转换位置，形成EPB土掘段【A1、A2、A3
……
AN】和TMB岩掘段【B1、B2、B3
……
BN】，TMB岩掘段中地层硬度大于15Mpa，且掌子面保证自稳状态，少量或者无地下水情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TBM&EPB双模盾构模式转换的判别方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离：在地质勘探阶段，收集隧洞地质情况，得到隧洞各个挖掘区间的岩层情况及地下水状况，初步确定模式转换时机及模式转换位置，TMB岩掘段中地层硬度大于15Mpa，且掌子面保证自稳状态，渗水小于25L/(min
·
10m)的要求，按检测区间分布，形成EPB土掘段【A1、A2、A3
……
AN】和TMB岩掘段【B1、B2、B3
……
BN】。(2)在EPB土掘段：在【A1、A2、A3
……
AN】的地层位置区间内，通过建立掘进参数相关性分析，确定掘进速度、刀盘转速、扭矩、推力、岩石强度和土仓压力等强相关性参数，得出函数表示关系,式中：表示土压模式下转速与速度的函数关系；V
土
＝a'f'(N)+b'f'(T)+c'f'(F)+d'f'(Q)+e'f'(σ)+n：其中：f'(N)表示土压模式下转速与速度的函数关系；f'(T)：扭矩与速度的函数关系；f'(F)：推力与速度的函数关系；f(Q)：岩石单轴抗压强度与速度的函数关系；f'(σ)：土仓压力与速度的函数关系，n为盾构有关的常数，各函数的系数可通过拟合得出；(3)在TMB岩掘段：在【B1、B2、B3
……
BN】的地层位置区间内，通过建立掘进参数相关性分析，确定掘进速度、刀盘转速、扭矩、推力、岩石强度等强相关性参数，得出TBM模...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，翟乾智，杨力龙，盛永清，杨振兴，杨延栋，孙飞祥，王发民，吕乾乾，王利明，赵海雷，王凯，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司河南省交通规划设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：