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1、第28卷第7期水电能源科学Vol.28No.72010年7月WaterResourcesandPowerJul.2010文章编号:10007709(2010)07004403岩石力学参数对TBM掘进速率的影响分析122卢瑾高捷梅稚平(1.河海大学土木工程学院,江苏南京210098;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都610072)摘要:为分析岩石物理力学性质对全断面岩石掘进机(TBM)掘进速率的影响,根据南水北调西线工程中的围岩地质条件,利用三维离散元程序3DEC建立了TBM滚刀破岩三维仿真模型,分析了岩石力学参数不同时TBM掘进速率的变化规律,并用
2、最小二乘法拟合了TBM掘进速率与岩石力学参数之间关系的直线图。结果表明,在一定范围内TBM掘进速率随岩石单轴抗压强度和弹性模量的增大而降低,随岩石泊松比的增大而增加,为南水北调西线工程引水隧洞TBM施工提供了数值依据。关键词:TBM;掘进速率;岩石力学参数;离散元;最小二乘法+中图分类号:TV554.3;TU457文献标志码:B全断面隧洞掘进机(TBM)因其施工效率高、砂岩,薄层大于厚层,随深度增加裂隙发育程度亦隧洞成型好、对周边环境影响小及作业安全等优相应减弱。点已被广泛应用于国内外深埋长隧洞的施工1.1建立三维仿真模型的基本假定[1~3]中。由于TBM对施工区前方的地质条件适
3、为合理模拟TBM破岩作用力及岩体中的节应性较差,所以影响TBM掘进速率的地质因素理,在进行离散元计算时,假设:岩体及岩体中较多,包括岩性条件、岩石硬度差异及地质灾的节理为线弹性材料,且在同一地层单位为各向[4~5]害等三类。近年来,文献[6~8]通过现场地同性材料;!围岩受到剪力作用时,岩石材料不发质调查、室内岩石力学试验及数值模拟的方法分生膨胀;∀刀盘及刀具为线弹性材料,且刀具与岩析了影响TBM掘进速率的因素,但从数值上对石间不透水;#节理遵循库仑滑动准则,且选用TBM掘进速率与岩石力学参数的关系作系统分BartonBandis节理模型。依据TBM开挖的影响析的研究较少。鉴此,本文
4、利用三维离散元程序范围选取100m∃100m∃100m的开挖区域。3DEC模拟了TBM滚刀破岩过程,分析岩石力学为分析TBM刀具破岩过程,在隧道开挖范围内参数对TBM掘进速率的影响,以期为TBM施工提选择一个较小的模型(10m∃10m∃10m),将主供参考。要研究对象集中于刀头上,分析TBM破岩时岩体的破裂过程。图1为TBM隧洞开挖三维仿真1TBM破岩过程三维模拟模型。以南水北调西线一期工程中泥曲杜柯河引水线路为例,根据室内岩石试验所得岩石力学参数选取模型中所用岩石力学参数,以进行TBM刀具破岩作用三维仿真分析。泥曲杜柯河引水线路位于四川省甘孜县和壤塘县境内,各比选线路主体工程均
5、为深埋长隧洞,平均埋深为300~图1TBM隧洞开挖三维仿真模型800m,最大埋深1190m。线路区出露地层岩性Fig.13Dsimulationmodeloftunnel主要有三叠系浅变质砂板岩,裂隙发育程度受岩excavationbyTBM性、岩性组合、岩层单层厚度影响,一般板岩大于1.2岩石力学参数的选取收稿日期:20100404,修回日期:20100529基金项目:国家科技支撑计划基金资助项目(2006BAB04A06)作者简介:卢瑾(1983),女,博士研究生,研究方向为岩土体稳定性,Email:youha917@163.com第28卷第7期卢
6、瑾等:岩石力学参数对TBM掘进速率的影响分析&45&从试验中选取15组不同的岩石力学参数(表度越低,TBM掘进速率越高;岩石硬度越高,1),假设节理间距为30mm,节理方向与隧洞掘TBM掘进速率越低,但岩石硬度太低时,易造成进方向夹角为60%,建立TBM刀具破岩三维仿真围岩失稳,也会影响TBM的掘进速率。表2为模型,不断修改模型中的岩石力学参数,以便进行通过三维仿真计算得到的岩体中节理条件一定离散元计算与分析。时,TBM掘进速率随岩石力学参数变化。图2为表1所选取的岩石力学参数TBM掘进速率与岩石单轴抗压强度、弹性模量、Tab.1Selectedrockmechanicspar
7、ameters泊松比的关系曲线图。表2TBM掘进速度随岩石力学参数变化岩石单轴岩石单轴弹性模量弹性模量Tab.2ExcavationrateofTBMchangedwith组数抗压强度泊松比组数抗压强度泊松比/GPa/GPa/MPa/MParockmechenicsparameters131.513.30.51978.546.50.22TBM掘单轴抗弹性TBM掘单轴抗弹性233.115.70.461092.747.50.21进速度压强度模量
