[发明专利]一种隧道掘进机隧道施工风险地图的构建方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道掘进机隧道施工风险地图的构建方法。

背景技术

随着我国交通、国防、电力、水利、采矿等事业的发展，南水北调、西电东送、西气东输、青藏铁路及核电等重大工程的规划、设计和施工，我国迎来了隧道建设的新高潮时期。而在长大隧道工程中，隧道掘进机（TBM，Tunnel Boring Machine)已在全球范围内得到越来越多的应用，目前世界上每年开挖的隧道约50％是由TBM来完成的，并有逐渐增大的趋势。

TBM是一个先进、庞大而复杂的系统，受制于诸多外界因素，这就决定了隧道TBM施工过程是一个复杂的系统工程，其影响因素数量众多、种类各异且各自的影响程度不同，特别是在面对复杂地质条件等不利因素时，TBM将面临严峻的考验，如果不能准确地预估其所面临的众多风险，及时、有效地采取应对措施，将导致TBM卡机停机、进度滞后、结构失事等，并由此产生严重的经济损失，其快速、高效的优势就难以体现。

目前，TBM几乎应用于所有地层的隧道施工中，针对TBM施工对于地层、环境等的适用性研究亦取得了丰硕成果，但上述成果各有侧重，未能全面反映TBM施工的复杂性；且大多数研究停留在理论阶段，不能有效指导工程实践。

发明内容

本发明的目的，就是为了提供一种充分考虑地质环境、水文环境、周边环境和工程特征等主要影响的TBM施工风险地图，进一步加强工程施工和咨询企业风险管理能力及水平。

本发明的技术方案是，一种隧道掘进机隧道施工风险地图的构建方法，通过资料收集分析风险影响因素，结合复合式TBM风险案例分析，按照影响因素对复合式TBM工程进行分类研究，研究不同因素综合作用下复合式TBM工程风险等级，

复合式TBM风险案例分析结合工程经验分析复合式TBM工程风险事件类型及因素，结合复合式TBM工程风险等级和风险等级修正机制形成复合式TBM工程风险评价标准。

本发明采取有效、合理的方法对影响TBM施工风险的因素进行分析和识别，建立了基于充分考虑地质环境、水文环境、周边环境和工程特征等主要影响的TBM风险地图，利于有效规避与应对TBM施工风险，具有十分重要的作用。

附图说明

图1  本发明涉及的TBM施工中主要工程风险类型所占比例示意图

图2  TBM施工中围岩大变形故障树

图3  TBM施工中塌方故障树

图4  TBM施工中岩爆故障树

图5  TBM施工中管片破损故障树

图6  TBM施工中有毒有害气体泄露故障树

图7  TBM施工中突涌水故障树

图8  TBM施工中隧道轴线偏差故障树

图9  本发明的风险地图的构建方法流程图

具体实施方式

由于复合式TBM隧道施工是个复杂的系统，进行分析识别前必须对工程整体及组成有足够的认识，并能够清晰、明确的建立风险结构。

首先，根据调研及其他相关资料，确定复合式TBM隧道施工风险的顶事件:围岩大变形、岩爆、塌方、突涌水(气)、管片破损、轴线偏差、有毒有害气体泄露。如图1所示，其中：1代表围岩大变形、2代表塌方、3代表岩爆、4代表管片渗水、5代表管片破损、6代表突涌水(气)、7代表隧道轴线偏差。

其次，根据调研揭示的规律——隧道施工风险因素主要体现在工程地质水文地质、周边环境和工程本体特征，建立上述三方面因素与各风险事件的路径关系。

(1)TBM施工条件下的隧道围岩分级

地质因素对TBM工作条件的影响主要表现为两大方面：首先，确定隧道围岩的总体地质环境是否适于采用TBM进行施工；其次，决定围岩稳定性及坚硬程度的主要地质参数对TBM工作效率的影响。因此第一方面主要沿用围岩稳定性分级，对于第二方面主要从岩石单轴抗压强度、岩石的硬度和耐磨性、岩体结构面发育程度(完整程度)进行研究。

a)岩石单轴抗压强度(Rc)

Rc越低，TBM掘进越快；Rc越高，TBM掘进速度越慢。但是，Rc太低，TBM掘进后围岩自稳时间极短，甚至不能自稳。只有Rc值在一定范围内(30～200MPa)，TBM的掘进既能保持一定的速度，有能使隧道围岩在一定时间内保持自稳。如表1所示。

表1  岩石单轴抗压强度与岩石坚硬程度的对应关系