基于盾构掘进参数分析的隧道围岩模糊判别_宋克志

引言

近年来，隧道及地下空间的开发在国内已成为新

型的经济增长点。随着此类工程的快速发展，机械化隧道掘进以其安全、快速、优质等特点而得到广泛应

用。全断面机械化隧道掘进设备主要有TBM 、盾构

及顶管，是一种机械化程度很高、能进不能退的全断面施工技术，若在施工中突遇地质灾害，会产生塌方、涌水、掉块，使机器被埋、被淹、被卡，将会出现进退两难，难以处理的局面。轻则延误工期，增加施工费用，重则造成设备损坏和人员伤亡，后果不堪设想，大量工程实践让人们认识到做好超前地质预报对于保证其高效、安全施工具有非常重要的意义。为避免事故的发生，除提高勘察精度外，在隧道施工过

基金项目：中国博士后科学基金（NO.20060400670）作者简介：宋克志，男，博士，副教授收稿日期：2007-09-29

基于盾构掘进参数分析的隧道围岩模糊判别

宋克志1，2

袁大军3王梦恕3

（1.鲁东大学，山东烟台264025；2.同济大学，上海200092；3.北京交通大学，北京100044）

摘要：以重庆主城越江排水隧道工程的地层条件为背景，基于施工现场盾构掘进试验，运用模糊数学方法，对盾构掘进过程中隧道围岩状况判别的理论和方法进行了研究。结合盾构掘进的特点和刀盘切割岩石的基本原理，提出了比推力和比扭矩的概念，建立了不同围岩条件下的比推力（

SF ）和比扭矩（ST ）模糊集合，探讨和揭示了刀盘比推力和比扭矩的关系，刀盘推力、扭矩及切深与地质条件的相关性及与不同围岩状况、盾构掘进状态的对应关系。研究表明，若比推力与比扭矩以较高的水平同步、均匀变化，说明盾构在较硬的均匀地层中掘进；若比推力与比扭矩均较小且同步、均匀变化，说明盾构在较软的均匀地层中掘进；若比推力与比扭矩的变化出现比例异常，则暗示盾构正在穿越断层破碎地段或遇到障碍物或盾构姿态不良等。该方法减少了盾构在此类地层下掘进的盲目性和停机次数，提高了掘进效率和施工安全度，可用于盾构隧道施工围岩状况的适时、定性判别。关键词：盾构；掘进参数；比推力；比扭矩；围岩；模糊判别中图分类号：U452U455

文献标识码：A

文章编号：1000-131X （2009）01-0107-07

Fuzzy identification of surrounding rock conditions based on analysis of shield tunneling data

Song Kezhi 1，2

Yuan Dajun 3Wang Mengshu 3

(1.Ludong University,Yantai 264025China ；2.Tongji University,Shanghai 200092China ；

3.Beijing JiaoTong University,Beijing 100044China)

Abstract ：Considering the stratums surrounding the Chongqing Yangtze River tunnel,using field tests and fuzzy

theory,the method to distinguish the surrounding rock conditions for shield tunneling are studied.Conceptions of specific thrust force (SF )and specific torque (ST )are presented,and fuzzy sets of SF and ST are established.The relationships between SF and ST ,shield performance and the geology are studied.The results indicate that shield tunneling parameters may be significantly influenced by rock conditions.Synchronous and homogeneous variations of SF and ST at high level indicate that the shield is driving through homogeneous and hard rock;if SF and ST vary synchronously and homogeneously at low level,it is an indication that the shield is driving in homogeneous and soft rock;and if the ratio of SF to ST varies abnormally,the shield may be obstructed by fault or fractured zones or poor shield attitudes.The proposed method may reduce the blindness and increase the efficiency of shield driving.

Keywords ：shield ；tunneling data ；specific thrust force ；specific torque ；surrounding rock ；Fuzzy identification Email:ytytskz@

土

木

工

程

学

报

CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL

第42卷第1期2009年1月

Vol.42No.1Jan.

2009

DOI:10.15951/j.tmgcxb.2009.01.007