基于数值仿真的复杂岩体TBM掘进性能评估模型

为了评估全断面隧道掘进机(TBM)在复杂岩体环境中的掘进性能，本文提出了基于数值仿真的全断面TBM掘进预测模型。首先，采用4D-LSM和DDA耦合模型数值重现工程尺度完整岩体和节理岩体的TBM掘进测试过程，分析全断面TBM掘进过程中刀盘的力学响应和岩体的破坏特征；其次，研究节理间距、节理方向、岩体单轴抗压强度以及脆性指数对可钻性指数的影响；最后，引入单神经元对数值仿真预测模型进行修正，并与岩体特征模型进行对比分析，验证基于数值仿真的全断面TBM掘进性能预测模型的适用性。研究结果表明：TBM在低强度、高脆性以及节理发育的岩体中掘进效率更高，当节理面与TBM掘进方向之间的夹角为60°～75°时，最有利于TBM的运行。基于数值仿真的TBM掘进性能预测模型提供了一种经济、灵活的可用于评估复杂环境中TBM施工性能的方法。