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水 利 学 报

２０２３年 ７月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ７期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０７ － ０８８０ － ０９

水工隧洞 ＴＢＭ 施工适宜性围岩分类研究

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王玉杰 ，李秀文 ，曹瑞琅 ，许振浩 ，陈炳瑞 ，张晓平 ４
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００４８；
２．山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 ２５００６１；
３．中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７１；
４．武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２）

摘要：隧洞掘进机 ＴＢＭ已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法，而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳
定性和支护措施为判别因素，仅适用于钻爆法隧洞。为此，梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和 ＴＢＭ 施
工特点，在隧洞围岩基本分类的基础上，重点分析了 ＴＢＭ掘进效率和不良地质条件，构建了 ＴＢＭ 施工适宜性围
岩分类方法。总结大量工程案例，综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水（涌泥）和高外水压力六
个关键因素对 ＴＢＭ施工的定量影响，提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明，ＴＢＭ 施工适宜性围岩分类方
法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类，能有效指导 ＴＢＭ隧洞施工，且具有较好的通用性和易用性。
关键词：ＴＢＭ；施工适宜性；围岩分类；超硬岩；断层破碎带；突涌水；大变形
中图分类号：ＴＶ５５４
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０８６０
１ 研究背景

水工隧洞掘进机（ＴｕｎｎｅｌＢｏｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ，ＴＢＭ）工法相较于钻爆法施工对地质条件更加敏感，围岩
的合理分类和评估是 ＴＢＭ工法的关键之一 ［１］ 。在水利和岩土工程行业中，现行规范 《岩土工程勘察
［２］
［３］
规范》 （ ＧＢ５００２１—２００１） 、《水利水电工程地质勘察规范》 （ＧＢ５０４８７—２００８） 、 《引调水线路工
［４］
［５］
程地质勘察规范》 （ ＳＬ６２９—２０１４） 、《工程岩体分级标准》 （ＧＢ?Ｔ５０２１８—２０１４） 、 《水工隧洞设
［６］
计规范》 （ ＳＬ２７９—２０１６） 等都将围岩分类作为重要内容。然而，当前主要评判因素是为隧洞围岩稳
定性和支护措施服务，适用于钻爆法隧洞。钻爆法与 ＴＢＭ 施工原理和工作环境相差较大，围岩破坏
类型、加固措施差异明显。ＴＢＭ工法设计和施工的围岩分类不仅取决于隧洞自然地质因素，还与掘进
效率、掘进参数等密切相关。因此，现有围岩分类方法难以满足 ＴＢＭ施工适宜性围岩分类需求。
针对隧洞 ＴＢＭ工法围岩分类，依托工程应用国内外学者开展了一系列研究。典型成果有：Ｂａｒ
ｔｏｎ ［７ － ８］ 综合考虑岩机相互作用，基于围岩分类 Ｑ系统建立了 Ｑ 分类体系。Ｈａｓｓａｎｐｏｕｒ等 ［１］ 结合设备
ＴＢＭ
参数和岩体力学参数，利用多元回归分析提出了以现场贯入度指数（ Ｆｉｅｌｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ＦＰＩ）为核
心的 ＴＢＭ施工模型，将围岩分为 ６个类别。何发亮等 ［９］ 根据影响 ＴＢＭ 的岩石的单轴抗压强度、完整
程度（裂隙化程度）、耐磨性和硬度四个主要地质因素，考虑工程岩体可掘性要求，探索 ＴＢＭ 施工围
岩分级；李春明等 ［１０］ 根据影响掘进效率的工程地质因素，将 ＴＢＭ 隧洞围岩分为 Ａ、Ｂ、Ｃ三个级别。
薛亚东等 ［１１］ 综合考虑围岩可掘性及 ＴＢＭ适应性，以施工速度为指标，建立基于掘进性能的 ＴＢＭ施工
围岩综合分级。司富安等 ［１２］ 选取围岩稳定性、高地应力风险、地下水风险、ＴＢＭ施工围岩可掘性等，

收稿日期：２０２２ － １０ － ２１
基金项目：国家自然科学基金项目（５２０７９１５０）；新疆水利发展投资（集团）有限公司科技项目（ＥＱ０９０?ＦＹＯ７３）
作者简介：王玉杰（１９７４ － ），教授级高级工程师，博士生导师，主要从事边坡和地下洞室稳定及岩土工程风险分析研究。Ｅ － ｍａｉｌ：
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