QTBM---评估TBM开挖对岩体的影响

1 引言

Barton(1999)[Barton, N. (1999) TBM perfomance estimation in rock using QTBM. Tunnels and Tunnelling International (1999), pp. 30-34.]在他Q-System的基础之上，提出了一个定量指标QTBM，用来评估TBM开挖对岩体的影响。接着Barton(2000)[Barton, N (2000). TBM Tunnelling in Jointed and Faulted Rock. Balkema, Rotterdam, 169 pp.]出版了一本QTBM的使用指南，描述了使用QTBM预测隧道掘进机贯入率(PR)和隧道推进率(AR)的新方法。在即将举行的Eurock 2022会议上(2022年9月12日至9月15日)，Dr. Barton将开设一个短期课程，以实际案例讲授QTBM的应用。

2 QTBM定义

QTBM有两个影响指标：

(1) 贯入率PR(Penetration Rate), 指的是TBM机器切割岩体的速率(rate of disc cutting)；

(2) 隧道推进率AR(Advancement Rate)，指的是TBM机推进隧道的速率(advancement of the TBM)。

这两个参数与QTBM的关系如下：

QTBM以初始的Q为基础，合并了TBM开挖的一些因素，其中RQD是沿着隧道开挖方向的数值；Jr是从钻进最有利的方向计算。其它的参数为：

F---平均的切割载荷(average cutter load),归一化为20t;

Ϭ---岩体强度;

CLI---刀具寿命指数(Cutter Life Index) (4为石英岩; 90为石灰岩)；

q---石英含量(%)；

Ϭ’---开挖面上诱发的径向双轴应力。 

因为TBM不能连续工作，因此，PR不等于AR，引入利用系数U,那么 AR = U*PR, 在短期内PR=AR, 在长期内，PR不等于AR, 这种关系如下图所示。

图中的"Excellent"到"Extremely poor"指的是速率，Barton指出大多数的TBM隧道位于"Good"线与"Poor"线之间。

3 QTBM评价

在QTBM提出之后，少数研究者对QTBM进行了证实和评价，例如Sapigni et al.(2002)[TBM performance estimation using rock mass classifications. Rock Mech. Mining Sci. 39, 771–788.], Palmstrom(2006)借用Sapigni 等人的研究结果指出QTBM太复杂，而且有部分误导性，因此不建议使用。[Palmstrom, A. and E. Broch (2006). "Use and misuse of rock mass classification systems with particular reference to the Q-system."] ，近期Salimi, A., et al. (2016)[Study of TBM performance prediction using rock mass classification. ITA-AITES World Tunnel Congress 2016, WTC 2016]进行了相似的研究。