不同巖體質(zhì)量隧道TBM施工性能評(píng)價(jià)方法

楊延棟, 趙建兵, 周建軍*, 王斌, 米迪, 耿超

(1.盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 鄭州 450001； 2.中鐵隧道局集團(tuán)有限公司， 廣州 511458; 3.中鐵開發(fā)投資集團(tuán)有限公司， 昆明 650118)

評(píng)價(jià)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine,TBM)施工性能最顯著的指標(biāo)為TBM施工速度，即TBM單位時(shí)間的平均掘進(jìn)距離，施工速度越高，表明TBM施工性能越強(qiáng)。TBM施工速度為掘進(jìn)速率與設(shè)備利用率的乘積，掘進(jìn)速率反映TBM純掘進(jìn)工序的能力，設(shè)備利用率反映其他工序?qū)兙蜻M(jìn)工序的影響程度。因此，評(píng)價(jià)TBM施工性能需要從設(shè)備利用率和掘進(jìn)速率兩方面進(jìn)行研究。

TBM設(shè)備利用率為TBM掘進(jìn)時(shí)間與總時(shí)間的比值，影響TBM設(shè)備利用率的因素可以分為三個(gè)方面，第一方面是隧道圍巖質(zhì)量的影響，第二方面是TBM設(shè)備本身完好率的影響，第三方面是TBM施工工序銜接的影響。目前，可靠的設(shè)備廠商以及充分的維護(hù)保養(yǎng)一般可保證設(shè)備完好率達(dá)到90%以上；合理的施工組織也便于實(shí)現(xiàn)施工工序的緊密銜接，最難控制的是隧道圍巖質(zhì)量對(duì)TBM利用率的影響。TBM在不穩(wěn)定圍巖施工時(shí)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行初期支護(hù)或超前加固；一旦TBM卡機(jī)，需要更長時(shí)間停機(jī)進(jìn)行脫困，嚴(yán)重影響設(shè)備利用率。因此，隧道圍巖質(zhì)量對(duì)TBM設(shè)備利用率的影響尤為關(guān)鍵。

TBM掘進(jìn)速率為TBM連續(xù)掘進(jìn)時(shí)掘進(jìn)距離與純掘進(jìn)時(shí)間的比值，可以用刀盤轉(zhuǎn)速和貫入度的乘積計(jì)算。貫入度與圍巖強(qiáng)度密切相關(guān)，巖體完整性相同的情況下，巖石強(qiáng)度越高，貫入度相對(duì)越低；刀盤轉(zhuǎn)速與圍巖穩(wěn)定性密切相關(guān)，一般穩(wěn)定性好的圍巖刀盤轉(zhuǎn)速高，穩(wěn)定性差的圍巖刀盤轉(zhuǎn)速低。可見，隧道圍巖巖石強(qiáng)度和巖體完整性對(duì)TBM掘進(jìn)速率影響顯著。

劉泉聲等[1]通過對(duì)國內(nèi)外30多個(gè)理論和經(jīng)驗(yàn)TBM性能預(yù)測(cè)模型歸納總結(jié)，得到通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開發(fā)理論預(yù)測(cè)模型暫時(shí)行不通，可行的途徑是通過TBM施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型；曹瑞瑯等[2]、張全太等[3]對(duì)國內(nèi)外多個(gè)TBM凈掘進(jìn)速度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)預(yù)測(cè)能力進(jìn)行了排序，得到合理選擇評(píng)價(jià)參數(shù)是建立TBM性能預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵，已建立的模型在實(shí)際工程應(yīng)用中的準(zhǔn)確性存在不足，提煉反映巖機(jī)相互作用的評(píng)價(jià)參數(shù)具有重要意義。上述研究為TBM施工性能評(píng)價(jià)方法的研究指明了研究方向，即通過大量的TBM現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停壳皣鴥?nèi)外TBM性能預(yù)測(cè)多針對(duì)單一工程，多工程TBM性能參數(shù)獲取困難、缺乏TBM施工數(shù)據(jù)庫。

Sapigni等[4]、Frough等[5]等針對(duì)伊朗Karaj隧道等國外幾個(gè)隧道工程的TBM設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率等施工性能參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，但中國TBM施工習(xí)慣與國外有很大差異，且隧道圍巖條件也不相同，無法直接照搬。龔秋明等[6]針對(duì)引漢濟(jì)渭嶺北TBM段對(duì)設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率、施工速度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；王健等[7]針對(duì)引松供水四標(biāo)TBM隧道工程，通過回歸分析建立了TBM利用率、掘進(jìn)速率、施工速度以及貫入度指數(shù)與巖體質(zhì)量指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)公式；閆長斌等[8]、姜曉迪[9]針對(duì)蘭州水源地TBM隧道工程，基于巖石單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、變形模量、泊松比、巖石磨蝕性等巖體指標(biāo)，建立了TBM掘進(jìn)速率預(yù)測(cè)模型；段志偉等[10]、崔久華[11]等針對(duì)新疆YE隧道工程，統(tǒng)計(jì)了TBM利用率、掘進(jìn)速率、施工速度、貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速、可掘性指標(biāo)等參數(shù)與圍巖級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系，王利明等[12]等針對(duì)該工程提出調(diào)整鋼拱架間距和增設(shè)錨桿，有利于提升敞開式TBM的施工安全性；李昌博等[13]等針對(duì)西藏某公路隧道，提出豆粒石回填可以控制圍巖收斂變形，有利于提升雙護(hù)盾TBM施工性能。上述國內(nèi)外對(duì)于TBM施工性能評(píng)價(jià)的研究多針對(duì)某特定工程，難以推廣應(yīng)用到其他工程，缺乏普遍性和準(zhǔn)確性。

因此，有必要針對(duì)國內(nèi)外已建和在建的多個(gè)TBM工程數(shù)據(jù)，建立TBM設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率等施工性能參數(shù)與圍巖質(zhì)量的關(guān)系，有利于評(píng)價(jià)TBM在不同地質(zhì)條件的適應(yīng)性。

1 不同巖體質(zhì)量隧道工程TBM施工性能統(tǒng)計(jì)

1.1 TBM施工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

TBM施工速度是評(píng)價(jià)TBM施工性能最直接的評(píng)價(jià)指標(biāo)，TBM施工速度越高，則TBM施工性能AR越強(qiáng)(m/h)。表達(dá)式為

AR=PRU

(1)

式(1)中：PR為TBM掘進(jìn)速率，m/h；U為設(shè)備利用率，%。

TBM設(shè)備利用率為TBM掘進(jìn)時(shí)間占施工總時(shí)間的比值，TBM設(shè)備利用率表達(dá)式為

(2)

式(2)中：Tb為TBM純掘進(jìn)時(shí)間，h；Td為TBM停機(jī)時(shí)間，h；Ts為TBM施工總時(shí)間，h。

TBM掘進(jìn)速率為TBM連續(xù)掘進(jìn)階段掘進(jìn)距離L與純掘進(jìn)時(shí)間Tb的比值，也可以表示為貫入度與刀盤轉(zhuǎn)速的乘積，表達(dá)式為

(3)

式(3)中：L為TBM掘進(jìn)距離，m；Tb為TBM純掘進(jìn)時(shí)間，h；P為貫入度，mm/r；RPM為刀盤轉(zhuǎn)速，r/min。

TBM施工現(xiàn)場(chǎng)一般通過周報(bào)的形式統(tǒng)計(jì)一周內(nèi)TBM的掘進(jìn)距離、純掘進(jìn)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間等，從而可以獲取這一周的平均施工速度、設(shè)備利用率等，掘進(jìn)速率通過TBM的PLC(programmable logic controller)記錄的掘進(jìn)參數(shù)得到。

1.2 隧道巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

不同國家和地區(qū)的隧道工程巖體質(zhì)量往往千差萬別，評(píng)價(jià)隧道圍巖質(zhì)量的指標(biāo)也各不相同。目前國外TBM性能預(yù)測(cè)中使用的參數(shù)大多與巖體質(zhì)量評(píng)分(rock mass rating，RMR)指標(biāo)相關(guān)，中國圍巖穩(wěn)定性分級(jí)評(píng)價(jià)大多采用BQ法。《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[14]《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[15]《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[16]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中采用巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(basic quality，BQ)評(píng)價(jià)法，對(duì)于TBM隧道工程巖體質(zhì)量RMR評(píng)價(jià)法在國內(nèi)外均有廣泛的應(yīng)用，該方法綜合考慮了巖石強(qiáng)度、巖體完整性、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件以及地下水等多個(gè)方面的影響因素。為了數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一性，采用文獻(xiàn)[17]統(tǒng)計(jì)回歸得出的BQ與RMR換算關(guān)系可將隧道圍巖BQ值換算成RMR值，關(guān)系式為

(4)

1.3 不同隧道工程TBM施工性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和文獻(xiàn)調(diào)研，基于國內(nèi)外11個(gè)TBM工程，統(tǒng)計(jì)了隧道概況、圍巖質(zhì)量以及施工性能三個(gè)方面的參數(shù)，共計(jì)128組數(shù)據(jù)，如表1所示。隧道概況參數(shù)主要包括：工程名稱、隧道所在國家、隧道開挖直徑、TBM機(jī)型以及地層巖性；圍巖質(zhì)量參數(shù)主要包括巖體質(zhì)量評(píng)分指標(biāo)RMR或巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，二者可以相互換算，國外隧道工程統(tǒng)計(jì)的均為RMR，中國隧道工程統(tǒng)計(jì)的均為BQ，最終均換算為RMR；TBM施工性能指標(biāo)包括設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率等。

在所統(tǒng)計(jì)TBM隧道工程范圍內(nèi)，TBM設(shè)備利用率范圍為6～55%、掘進(jìn)速率范圍為0.7～6.7 m/h，可見在目前TBM技術(shù)水平條件下，TBM隧道圍巖條件特別好的時(shí)候，TBM設(shè)備利用率可超過50%；按照6.7 m/h的掘進(jìn)速率推算，TBM設(shè)備利用率達(dá)到50%時(shí)，月進(jìn)尺可超過2 000 m/月，目前國外TBM最高月進(jìn)尺為2 187 m[1]，中國TBM最高月進(jìn)尺為引洮供水的1 868 m。但由于地質(zhì)、機(jī)械等多方面原因的限制，絕大部分TBM施工性能還未能完全發(fā)揮，因此，深入挖掘TBM設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率與圍巖質(zhì)量的相互關(guān)系，對(duì)于充分發(fā)揮TBM施工性能具有重要價(jià)值。

2 不同巖體質(zhì)量隧道工程TBM施工性能指標(biāo)回歸分析

2.1 TBM設(shè)備利用率與巖體質(zhì)量回歸分析

基于國內(nèi)外11個(gè)隧道工程數(shù)據(jù)，利用多種函數(shù)關(guān)系對(duì)TBM設(shè)備利用率U與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的相關(guān)性進(jìn)行了線性和非線性回歸分析，其中二次函數(shù)關(guān)系相關(guān)性高，更能反映TBM設(shè)備利用率與巖體質(zhì)量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，如表2所示，各個(gè)工程二次函數(shù)擬合關(guān)系如圖1所示。一般認(rèn)為相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.8時(shí)，擬合變量極強(qiáng)相關(guān)；相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值在0.6～0.8時(shí)，擬合變量強(qiáng)相關(guān)；相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值0.4～0.6時(shí)，擬合變量較強(qiáng)相關(guān)；相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值0.2～0.4時(shí)，擬合變量弱相關(guān)；相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值小于0.2時(shí)，擬合變量極弱相關(guān)。從表2的擬合結(jié)果可得，絕大部分隧道工程TBM設(shè)備利用率U與巖體指標(biāo)RMR強(qiáng)相關(guān)。

2.2 TBM掘進(jìn)速率與巖體質(zhì)量回歸分析

利用多種函數(shù)關(guān)系對(duì)TBM掘進(jìn)速率PR與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)二次函數(shù)的相關(guān)性高，更能反映TBM掘進(jìn)速率與巖體質(zhì)量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，二次函數(shù)的回歸曲線如圖2所示、擬合關(guān)系如表3所示。從表3的擬合結(jié)果可得，8個(gè)TBM工程掘進(jìn)速率PR與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR部分為極強(qiáng)相關(guān)(4組)、部分為強(qiáng)相關(guān)(4組)，但相關(guān)系數(shù)R絕對(duì)值均超過0.6，可認(rèn)為TBM掘進(jìn)速率PR與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR具有較強(qiáng)的相關(guān)性，且呈二次函數(shù)關(guān)系。

表1 多個(gè)TBM隧道工程施工性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 多個(gè)TBM隧道工程設(shè)備利用率U與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR擬合關(guān)系

圖1 多個(gè)隧道工程TBM設(shè)備利用率U與巖體質(zhì)量 指標(biāo)RMR回歸曲線Fig.1 Regression curve of TBM utilization U and rock mass quality index RMR of multiple tunnel engineering

圖2 多個(gè)TBM隧道工程掘進(jìn)速率PR與巖體質(zhì)量 指標(biāo)RMR回歸曲線Fig.2 Regression curve of TBM penetration rate PR and rock mass quality index RMR of multiple tunnel engineering

3 不同巖體質(zhì)量隧道工程TBM施工性能評(píng)價(jià)方法

上述11個(gè)TBM工程設(shè)備利用率U與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的二次函數(shù)擬合關(guān)系(決定系數(shù)0.607 7)為式(5)。上述8個(gè)TBM工程掘進(jìn)速率PR與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的二次函數(shù)擬合關(guān)系(決定系數(shù)0.461 2)為如式(6)。TBM設(shè)備利用率U、掘進(jìn)速率與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的擬合關(guān)系如圖3和圖4所示，圖中圍巖分級(jí)按照《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[14]中BQ法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分，通過式4換算關(guān)系可與RMR對(duì)應(yīng)，不同圍巖級(jí)別對(duì)應(yīng)的BQ值和RMR值如表4所示。

U=0.000 3RMR2+0.416 4RMR+4.336 7

(5)

PR=-0.001 1RMR2+0.102 3RMR+0.988 5

(6)

分析TBM設(shè)備利用率與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR擬合關(guān)系式(5)的單調(diào)性，當(dāng)RMR>0時(shí)，該函數(shù)單調(diào)遞增，說明隧道圍巖質(zhì)量越差，TBM設(shè)備利用率越低；隧道圍巖質(zhì)量越好TBM設(shè)備利用率越高。TBM在巖體質(zhì)量差的圍巖施工時(shí)，需要停機(jī)進(jìn)行大量的支護(hù)作業(yè)，有時(shí)還需要通過超前加固提前處理前方地層，隧道圍巖坍塌或變形時(shí)甚至造成TBM卡機(jī)，因此，隧道圍巖質(zhì)量較差時(shí)進(jìn)行的支護(hù)作業(yè)是導(dǎo)致TBM設(shè)備利用率低的主要原因。

表3 多個(gè)隧道工程TBM掘進(jìn)速率PR與巖體 質(zhì)量指標(biāo)RMR擬合關(guān)系Table 3 Fitting relationship between TBM penetration rate PR and rock mass quality index RMR of multiple tunnel engineering

圖3 TBM利用率與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR擬合關(guān)系Fig.3 Fitting relationship between TBM utilization and rock mass quality index RMR

圖4 TBM掘進(jìn)速率與巖體質(zhì)量指標(biāo)擬合關(guān)系Fig.4 Fitting relationship between TBM penetration rate and rock mass quality index

表4 不同圍巖級(jí)別BQ值與RMR值表

分析TBM掘進(jìn)速率與巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR擬合關(guān)系[式(6)]的單調(diào)性，當(dāng)RMR<46.5時(shí)，該函數(shù)單調(diào)遞增；當(dāng)RMR>46.5時(shí)，該函數(shù)單調(diào)遞減。說明極好質(zhì)量的巖體與極差質(zhì)量的巖體都不利于TBM掘進(jìn)，掘進(jìn)速率不高；中等質(zhì)量的巖體有利于TBM掘進(jìn)，掘進(jìn)速率較高，當(dāng)RMR為40～60時(shí)(即Ⅲ級(jí)圍巖)，TBM掘進(jìn)速率達(dá)到最高水平，適宜于TBM掘進(jìn)；文獻(xiàn)[4]通過統(tǒng)計(jì)意大利的3條隧道得到類似的結(jié)果。TBM掘進(jìn)速率可表示為貫入度與刀盤轉(zhuǎn)速的乘積，當(dāng)圍巖質(zhì)量極好時(shí)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度高、巖體完整性好，滾刀貫入度極低，即使提高刀盤轉(zhuǎn)速，掘進(jìn)速率也不能達(dá)到較高的水平；當(dāng)圍巖質(zhì)量極差時(shí)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度低、巖體完整性差，而且掌子面不平整，此時(shí)為了保護(hù)刀具、降低開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)，一般設(shè)置較低的刀盤轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致TBM掘進(jìn)速率低；巖體質(zhì)量適中時(shí)，貫入度和刀盤轉(zhuǎn)速適中，二者乘積掘進(jìn)速率才能發(fā)揮到極致。

利用擬合的關(guān)系式繪制TBM設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率、施工速度隨巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的變化規(guī)律如圖5所示，TBM設(shè)備利用率隨巖體質(zhì)量參數(shù)的增大逐漸增大，設(shè)備利用率的理想狀態(tài)可超過50%；TBM掘進(jìn)速率隨巖體質(zhì)量參數(shù)的增大先升高再降低，在Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)達(dá)到峰值，掘進(jìn)速率的理想狀態(tài)為達(dá)到3.5 m/h，即接近60 mm/min；TBM施工速度隨巖體質(zhì)量參數(shù)的增大先升高再降低，但在Ⅱ級(jí)圍巖時(shí)達(dá)到峰值，施工速度的理想狀態(tài)為達(dá)到1.0 m/h，即月進(jìn)尺持續(xù)超過720 m/月。

圖5 TBM施工性能指標(biāo)隨巖體質(zhì)量的變化規(guī)律Fig.5 Variation of TBM construction performance index with rock mass quality

基于TBM隧道工程巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR或BQ，利用式(5)、式(6)以及圖5，可以對(duì)TBM施工性能指標(biāo)設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率以及施工速度進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。TBM施工前，通過施工性能指標(biāo)預(yù)測(cè)可準(zhǔn)確預(yù)期施工成本和工期；TBM施工中，通過施工性能指標(biāo)評(píng)價(jià)可發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，便于及時(shí)作出調(diào)整措施。如在特定巖石條件下，若TBM設(shè)備利用率明顯低于統(tǒng)計(jì)水平，則說明施工組織方面可能存在問題，其他工序過多占用了TBM掘進(jìn)時(shí)間；若TBM掘進(jìn)速率明顯低于統(tǒng)計(jì)水平，則說明掘進(jìn)參數(shù)控制方面存在問題，需要通過貫入度和刀盤轉(zhuǎn)速的控制盡可能達(dá)到甚至超過統(tǒng)計(jì)水平。

4 TBM施工性能評(píng)價(jià)方法工程驗(yàn)證

滇中引水工程是國務(wù)院確定的172項(xiàng)重大水利工程中的10大標(biāo)志性工程之首，總干渠全長663.23 km，其中隧洞長度占92.03%，分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段及紅河段等6段。香爐山隧洞位于大理Ⅰ段的首部，是滇中引水工程全線最具代表性的超長深埋隧洞，全長62 km，最大埋深1 512 m。香爐山隧洞采用鉆爆法和TBM法組合施工，鉆爆法洞段長27 km，TBM掘進(jìn)段長35 km，采用兩臺(tái)TBM施工，TBM開挖直徑為9.83 m。中鐵隧道局施工的滇中引水工程大理Ⅰ段施工3標(biāo)正洞線路長約26.542 km，其中，TBM掘進(jìn)總長度為20.802 km，鉆爆段4.845 km，雙孔U形渡槽595 m。

該臺(tái)TBM穿越的地層巖性主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r以及玄武巖等，截至2021年5月底，該TBM已掘進(jìn)接近2 km，通過統(tǒng)計(jì)2021年4月TBM的施工性能參數(shù)，對(duì)提出的TBM施工性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行驗(yàn)證。該段地層巖性主要為北衙組白云質(zhì)灰?guī)r，圍巖分級(jí)為III級(jí)。根據(jù)地勘和現(xiàn)場(chǎng)巖樣測(cè)試，白云質(zhì)灰?guī)r的單軸抗壓強(qiáng)度Rc為45～55 MPa，取平均值50 MPa；地勘給出的完整性系數(shù)Kv為0.72，該掘進(jìn)段地下水極不發(fā)育，根據(jù)文獻(xiàn)[14]計(jì)算圍巖BQ值為430，再利用式(4)的換算關(guān)系計(jì)算巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR為57，利用式(5)預(yù)測(cè)TBM設(shè)備利用率為30%，利用式(6)預(yù)測(cè)TBM掘進(jìn)速率為3.2 m/h，則TBM施工速度預(yù)測(cè)值為0.96 m/h，即預(yù)測(cè)月進(jìn)尺為691.2 m/月。TBM該月實(shí)際設(shè)備利用率平均值為35%、掘進(jìn)速率為2.63 m/h，實(shí)際月進(jìn)尺為663 m/月。

設(shè)備利用率預(yù)測(cè)結(jié)果偏小于實(shí)際值，掘進(jìn)速率預(yù)測(cè)結(jié)果偏大于實(shí)際值，但偏差不大。首先，預(yù)測(cè)所取得巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖體完整性參數(shù)可能與實(shí)際存在差異，可能導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果偏差；其次，實(shí)際掘進(jìn)速率低于統(tǒng)計(jì)水平，說明該TBM貫入度和刀盤轉(zhuǎn)速的匹配還有潛力可挖，也為下一步通過匹配掘進(jìn)參數(shù)提升掘進(jìn)速率指明了研究方向；另一方面，該TBM直徑接近10 m，刀盤邊緣滾刀線速度限制了刀盤轉(zhuǎn)速，在提升TBM掘進(jìn)速率時(shí)需要考慮該因素。總之，該TBM施工性能評(píng)價(jià)方法對(duì)于預(yù)測(cè)TBM性能具備有效性。

5 結(jié)論與討論

TBM施工性能與隧道圍巖質(zhì)量密切相關(guān)，基于國內(nèi)外多個(gè)隧道工程TBM施工性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，建立了不同巖體質(zhì)量隧道TBM施工性能評(píng)價(jià)方法，為擬建隧道TBM施工速度預(yù)測(cè)和在建隧道TBM施工性能評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)。

(1)通過對(duì)國內(nèi)外多個(gè)隧道工程TBM施工性能數(shù)據(jù)回歸分析，得到TBM設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率均與巖體質(zhì)量指標(biāo)具有強(qiáng)的相關(guān)性，利用巖體質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)設(shè)備利用率可采用二次函數(shù)的回歸經(jīng)驗(yàn)公式；利用巖體質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)TBM掘進(jìn)速率也可采用二次函數(shù)的回歸經(jīng)驗(yàn)公式；在所統(tǒng)計(jì)隧道工程范圍內(nèi)，不同巖體質(zhì)量圍巖TBM設(shè)備利用率范圍為6%～55%、掘進(jìn)速率范圍為0.7～6.7 m/h。

(2)建立了設(shè)備利用率、掘進(jìn)速率等TBM施工性能指標(biāo)隨巖體質(zhì)量的變化規(guī)律，TBM設(shè)備利用率隨巖體質(zhì)量參數(shù)的增大遞增，設(shè)備利用率的理想狀態(tài)可超過50%；TBM掘進(jìn)速率隨巖體質(zhì)量參數(shù)的增大先升高再降低，在III級(jí)圍巖時(shí)達(dá)到峰值，掘進(jìn)速率的理想狀態(tài)可達(dá)3.5 m/h，即接近60 mm/min；TBM施工速度隨巖體質(zhì)量的先升高再降低，但在II級(jí)圍巖時(shí)達(dá)到峰值，施工速度的理想狀態(tài)可持續(xù)超過1.0 m/h，即月進(jìn)尺持續(xù)超過720 m/月。

(3)利用建立的TBM掘進(jìn)性能指標(biāo)與巖體質(zhì)量指標(biāo)的回歸模型，提出了不同巖體質(zhì)量隧道TBM施工性能評(píng)價(jià)方法，可為擬建隧道TBM施工速度預(yù)測(cè)和在建隧道TBM施工性能評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

本研究更多考慮了巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度對(duì)TBM施工性能的影響，斷層破碎帶、軟巖大變形、巖爆等不良地質(zhì)也對(duì)TBM施工性能有影響，下一步將針對(duì)上述影響因素開展定量研究；另外，下一步將針對(duì)決定TBM掘進(jìn)速率的貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速，建立其與圍巖質(zhì)量的相關(guān)性，進(jìn)而指導(dǎo)TBM掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化控制。