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件分类，见表 ２；ｉ，ｊ，ｋ ＝ １，２，３，４为施工围岩适宜性等级，见表 １。基于该符号可在基本围岩分
类基础上，清晰描述各不利地质条件下 ＴＢＭ施工适宜性等级。
ＴＢＭ施工适宜性围岩分类突出水工隧洞 ＴＢＭ施工特点，梳理 ＴＢＭ 掘进效率及围岩稳定性的影响
因素，具体量化 ＴＢＭ建造工程围岩分类不利地质条件，不仅能高效准确完成围岩分类，还可基于分
类等级，确定相应工程处理措施。

４ 不利地质条件对 ＴＢＭ施工影响定量分析

４．１ 超硬岩 隧洞施工遇到完整岩体时，ＴＢＭ掘进状态主要受岩石坚硬程度和磨蚀性影响。如何评定超
硬岩（高耐磨蚀性岩）分类指标，是 ＴＢＭ施工围岩分类重点关注问题。基于国内外典型工程案例实测数据
和 ＴＢＭ掘进预测模型研究，超硬岩划分类别的阈值考虑因素主要包括：岩石单轴抗压强度（Ｒ）及 ＴＢＭ
ｂ
净掘进速度（Ｐ）、现场贯入度指数（ＦＰＩ）的关系及敏感性、岩石磨蚀性与 ＴＢＭ刀具磨损程度 ［１８ － １９］ 。
ｒ
由图 １（ａ）Ｐ－ Ｒ的关系曲线可以看出，对于 ＲＱＤ＞９０完整性良好的岩体，Ｐ随 Ｒ增大而减小，当 Ｒ＞
ｂ
ｂ
ｒ
ｂ
ｒ
１５０ＭＰａ后，Ｐ减小幅度趋缓。取 Ｐ＝ ０．５ｍ?ｈ时，各曲线分别对应的 Ｒ为：Ｇｒａｈａｍ曲线 ［２０］ （１６９．８１ＭＰａ）、
ｒ
ｒ
ｂ
Ｙａｇｉｚ曲线 ［２１］ （１５７．０５ＭＰａ）和杜立杰曲线 ［２２］ （１２１．８３ＭＰａ），平均值约为 １５０ＭＰａ。因此，超硬岩划分
可将 Ｒ为 １５０ＭＰａ作为一个参考阈值。由图 １（ｂ）ＦＰＩ － Ｒ的关系曲线可以看出，ＦＰＩ值变化与 Ｒ呈正
ｂ ｂ ｂ
相关关系，在高强度区增长更加明显。取 ＦＰＩ ＝ ７０ （ｋＮ?ｃｕｔｔｅｒ）?（ｍｍ?ｒｅｖ）时，各曲线分别对应的 Ｒ为：
ｂ
Ｈａｓｓａｎｐｏｕｒ曲线 ［２３］ （１８９．６３ＭＰａ）、Ｓａｌｉｍｉ曲线 ［２４］ （２４１．２７ＭＰａ）和杜立杰曲线 ［２２］ （１７２．０５ＭＰａ），平均
值为 ２００．９８ＭＰａ，接近 ２００ＭＰａ。故将 Ｒ为 ２００ＭＰａ作为超硬岩类别划分的第二个参考阈值。
ｂ

图 １ ＴＢＭ掘进状态和岩石坚硬程度的关系
完整性的硬岩除受地应力或地下水等地质环境因 表 ３ 超硬岩类别划分
素影响外，岩石坚硬程度和摩擦性是影响 ＴＢＭ 施工 超硬岩 岩石单轴抗压强度 摩擦性指数 ＴＢＭ施工
效率的主要因素。基于岩石单轴抗压强度（Ｒ）、摩擦 类别 Ｒ ｂ ?ＭＰａ ＣＡＩ 条件
ｂ
性指数（ＣＡＩ）对 ＴＢＭ施工影响的特点，将超硬岩划分 Ａ ３ １５０～２００ ＞４．０ 差
＞２００ 极差
Ａ ４
为两类：（ １）由岩石坚硬程度决定；（２）由岩石坚硬
程度和摩擦性共同决定，见表 ３。超硬岩 ＴＢＭ 施工可根据表 ３进行有效分类，合理选择 ＴＢＭ 设备的
刀盘刀具硬度、刚度以及材质等，科学安排施工进度。Ａ 等级围岩洞段的 ＴＢＭ 施工条件差，需要专
３
门研究滚刀材料、刀刃宽度、布置间距以及刀具防磨蚀措施等；Ａ 等级围岩洞段的 ＴＢＭ 施工条件极
４
差，需在 Ａ等级围岩措施基础上，研究辅助破岩方式，进而提高破岩效率并减弱刀具的损耗 ［１８］ 。
３
４．２ 岩爆 岩爆严重时会引起围岩塌方，引发 ＴＢＭ 掘进受阻、卡机等问题，严重影响隧洞的安全施
工和掘进效率 ［２５］ 。《水利水电工程地质勘察规范》 （ＧＢ５０４８７—２００８）中岩爆等级按两个阶段划分，即
勘察设计阶段和施工阶段。

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