围岩可开挖性（RME）指数选择最佳隧道开挖方法的新途径.pdfVIP

006-254 围岩可开挖性 （RME ）指数：选择最佳隧道开挖方法的新途径 1 2 3 4 Z. T. Bieniawski von Preinl ，B. Celada Tamames ，J. M. Galera Fernandez ，M. Alvarez Hernandez （1,2. 马德里大学，马德里，西班牙；3,4. Geocontrol, S.A.,马德里，西班牙 ） 摘要：本文介绍围岩可开挖性 （RME ）指数，可以有效预测 TBM 的可开挖性，量化 TBM 性能，并提供选择隧道开 挖方法的途径。RME 基于 5 组参数。该 5 组参数与围岩特性和 TBM 特征有关。RME 和相关输出参数如平均掘进速 率 （ARA ）之间建立了许多数学关系式。 1 引言 回顾隧道开挖技术的发展历史，发现现代隧道掘进机 （TBM ）的出现及采用给隧道开挖带来了 辉煌的成绩，同时由于不能很好地了解围岩条件与TBM 设计和性能的相互作用，为隧道设计者和施 工者带来了挑战和难题。 1946 年 Terzaghi 介绍围岩荷载概念，1958 年 Lauffer 提出自稳时间概念和 1964 年 Deere 提出 RQD 指数，这些方法都是钻爆法隧道施工中用于指导选择围岩加固的方法。隧道开挖所选择的设备 主要是依靠承包商的判断力，与设计者关系不大。即使后来的现代围岩分类方法 （Wickham 等，1972； Bieniawski，1973；Barton,1974），也主要是针对钻爆法，而不是针对 TBM 法。 目前，隧道掘进机的使用大幅度增加，以至直接影响了隧道设计。而且，由于TBM 安全性和效 率都较高，施工效率也可能会提高；而当 TBM 性能与地层条件不匹配时，TBM 可能数月不能够使 用，有时候只有采用传统的人工开挖或钻爆法进行开挖。 上述情形导致目前隧道施工中综合采用钻爆法和 TBM 法进行开挖，于是又提出围岩可开挖性的 概念 （可以追溯到 20 世纪 80 年代）。但是存在一个问题，即如何有效评估围岩条件 （如 RMR 法 或 Q 法）和 TBM 特性之间的相互作用。必须尽力解决该问题，见下文，这主要取决于 TBM 制造商 和隧道施工方，施工方必须依赖其经验和应变性。 2 隧道可开挖性的现状 早期 Kirsten （1982）研究了隧道可开挖性。Barton （2000），Alber （2000），Bieniawski （2004）， Blindheim （2005）等研究了 TBM 的可开挖性或性能预测模型。 基于围岩质量和掘进机特性，量化隧道掘进机和钻爆法的选择。QTBM 等式 （Barton，2000）如 下： 式中，CLI 为刀盘寿命指数 （NTH ），F ＝刀盘平均荷载 （tnf ）,q ＝石英含量 （％） 该公式受到广泛关注，但也受到严历指责 （Blindheim，2005）。本研究中，也对公式 （1）进 行了试验，但是由于难以确定围岩强度 σ 而没有成功。而且隧道 TBM 开挖中 Q 的范围缺少标 MASS TBM 准。Abraho 和 Barton （2003）在等式 （1）中应用了 21 个参数，强调隧道开挖中围岩和 TBM 的相 互作用非常复杂。 Alber （1996，2000）进行了其它尝试，主要关注硬岩隧道开挖的 TBM 合同、掘进速率的概率 评估及工程的经济状况。Grandori 等 （1995）采用了 RMR 系统，介绍了不同围岩中 TBM （敞开式 TBM 或双护盾式 TBM ）的应用范围。Bieniawski （2004）介绍了基于 RMR 的围岩的可开挖性。 然而，有证据证明综合围岩质量 RMR 或 Q 与其它反映 TBM 特性的参数的复杂等式并不是评判围 岩可开挖性的有效途径。换句话说，一个方程式并不能包括影