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TBM參數(shù)預(yù)測軟件的開發(fā)及功用


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******。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。

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