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)施工對地質(zhì)地層性能參數(shù)的敏感性,不僅需要切實(shí)對全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工隧洞工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真總結(jié),更需要利用電子計算機(jī)對數(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)測和開挖費(fèi)用預(yù)測提供切實(shí)可行的工具和手段。為此,我們開發(fā)出了TBM參數(shù)預(yù)測軟件,以期為我們國家全斷面巖石掘進(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(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(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,簡記為TBM)。由于全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工對地質(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)的計算機(jī)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(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)測的開挖費(fèi)用包括開挖單價和刀具的消耗費(fèi)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(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(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,然后通過計算機(jī)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(shí)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(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。 |