張志龍， 趙金鵬， 趙庚亮， 曹承福， 譚忠盛*， 姚 嵐

(1.中鐵交通投資集團(tuán)有限公司， 南寧 530021； 2.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， 北京 100044)

近年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，盾構(gòu)法以其安全高效、施工便捷以及對(duì)周邊地層和環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)，成為了修建城市地鐵隧道的主要工法[1-2]。選擇適合各種地層條件的盾構(gòu)機(jī)是隧道工程規(guī)劃中的重要部分。如果機(jī)器類型不適合地層條件，可能會(huì)造成重大延誤，對(duì)盾構(gòu)司機(jī)造成傷害，并最終可能導(dǎo)致項(xiàng)目停止。因此，針對(duì)特殊地層進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性的評(píng)價(jià)至關(guān)重要[3]。

在中國(guó)南方地區(qū)，巖溶地層非常普遍，盾構(gòu)在巖溶地層中掘進(jìn)時(shí)，往往由于對(duì)盾構(gòu)的適應(yīng)性分析不夠，極易導(dǎo)致盾構(gòu)施工中斷，從而不得不變更設(shè)計(jì)，進(jìn)而產(chǎn)生浪費(fèi)資源、增加建造成本的不利后果。因此，為確保巖溶地層條件下地鐵建設(shè)過(guò)程中盾構(gòu)能夠順利推進(jìn)，進(jìn)一步降低盾構(gòu)隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)，建立巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系具有重大意義。對(duì)于復(fù)合地層盾構(gòu)施工，中外學(xué)者開(kāi)展了大量研究。針對(duì)砂卵石地層，通過(guò)對(duì)土壓平衡盾構(gòu)的刀盤(pán)刀具進(jìn)行適應(yīng)性改造設(shè)計(jì)，對(duì)推力、扭矩、土倉(cāng)壓力和注漿壓力等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)對(duì)注漿系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，可以大大提高盾構(gòu)的適應(yīng)性[4-5]；在砂性地層中，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)、螺旋輸送器、閘門(mén)、盾尾注漿殼及加泥設(shè)備等關(guān)鍵部位進(jìn)行適應(yīng)性改造，采用理論推導(dǎo)、室內(nèi)磨損試驗(yàn)及離散元數(shù)值模擬的方法對(duì)切刀的磨損規(guī)律進(jìn)行分析，用以指導(dǎo)工程實(shí)踐，取得了良好效果[6-7]；在復(fù)合地層中，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)復(fù)合土層土壓平衡盾構(gòu)及刀盤(pán)刀具選型開(kāi)展詳細(xì)討論，同時(shí)根據(jù)盾構(gòu)詳細(xì)配置參數(shù)、刀盤(pán)和刀具配置、配備的輔助工法等因素進(jìn)行了土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)性評(píng)價(jià)[8-10]。目前，中外學(xué)者已經(jīng)針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)性進(jìn)行了一定的研究，但很少涉及巖溶地層，且大部分都是定性分析，并沒(méi)有通過(guò)科學(xué)的系統(tǒng)論方法對(duì)盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，針對(duì)巖溶地層盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性做出定量評(píng)價(jià)十分必要。

基于此，現(xiàn)依托南寧地鐵4號(hào)線2標(biāo)盾構(gòu)工程，采用模糊層次分析方法研究巖溶區(qū)盾構(gòu)適應(yīng)性，分析盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)，從而構(gòu)造巖溶盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)模型，并對(duì)南寧地鐵4號(hào)線2標(biāo)3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為類似工程提供借鑒。

1 模糊層次分析法

模糊層次分析法(fuzzy-analytical hierarchy process，F(xiàn)-AHP)是一種定量與定性相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[11]，為量化評(píng)價(jià)指標(biāo)和挑選最優(yōu)方案提供了依據(jù)，在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[12-14]。模糊層次分析法流程圖如圖1所示。

2 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

在調(diào)研和專家建議的基礎(chǔ)上初步選取了巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，包含4項(xiàng)大類指標(biāo)，22項(xiàng)小類指標(biāo)，如圖2所示。

由圖2可知，巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性初選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系較大，考慮的因素涉及工程各個(gè)方面，但真正對(duì)巖溶區(qū)土壓平衡適應(yīng)性具有決定性影響的因素有限。如果將全部初選指標(biāo)納入最終的適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系對(duì)綜合評(píng)價(jià)極有可能產(chǎn)生不利影響，增加不必要的影響因素，進(jìn)而使得評(píng)價(jià)結(jié)果失去理論意義和實(shí)用價(jià)值。因此，為了準(zhǔn)確、客觀、實(shí)用地評(píng)價(jià)巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性，運(yùn)用層次分析法對(duì)初選評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選，明確各指標(biāo)的主次順序，進(jìn)而形成合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。層次分析法對(duì)盾構(gòu)設(shè)計(jì)和施工、地層條件及周邊環(huán)境等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)比選的計(jì)算結(jié)果如表1～表4所示。

根據(jù)表1～表3的權(quán)重比較結(jié)果，若采用全部的評(píng)價(jià)指標(biāo)則顯得評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過(guò)于繁雜，不能夠充分發(fā)揮模糊綜合評(píng)判方法的優(yōu)點(diǎn)，因此，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重選取了對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大的指標(biāo)作為最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖3所示。

2.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綜合評(píng)價(jià)土壓平衡盾構(gòu)在巖溶地區(qū)掘進(jìn)效果的相關(guān)影響指標(biāo)，依據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法組建評(píng)價(jià)體系的原則，提出巖溶地層土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)效果的適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖3所示。

2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)

巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性的各項(xiàng)指標(biāo)存在著不可公度性。為了解決評(píng)價(jià)指標(biāo)公度性問(wèn)題，需對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化研究是采用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)建隸屬函數(shù)。

圖1 模糊層次分析法流程圖Fig.1 Flow chart of F-AHP process

圖2 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性初選評(píng)價(jià)指標(biāo)Fig.2 Preliminary selection of evaluation indexes for adaptability of EPB shield in karst area

表1 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表2 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)施工層面指標(biāo)權(quán)重

當(dāng)某一評(píng)價(jià)指標(biāo)不滿足巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將其評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重量化值為0，即設(shè)定其隸屬函數(shù)值為0，當(dāng)某一評(píng)價(jià)指標(biāo)滿足巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重量化值為

表3 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)地層層面指標(biāo)權(quán)重

1，各評(píng)價(jià)指標(biāo)與土壓平衡盾構(gòu)之間的適應(yīng)程度就可以用[0,1]的某個(gè)數(shù)值表示，確定具體的隸屬度函數(shù)值采用線性關(guān)系。

2.3.1 總推力設(shè)計(jì)

盾構(gòu)總推力Fj的計(jì)算公式為[15]

(1)

式(1)中：Pj為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取700～1 200 kN/m2；D為盾構(gòu)機(jī)外徑，m。

以廣西南寧軌道交通4號(hào)線中鐵裝備334#、335#輻條面板式盾構(gòu)機(jī)(D=6.28 m)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)合式(1)，若土壓平衡盾構(gòu)機(jī)滿足適應(yīng)性應(yīng)達(dá)到的總推力Fj為21 465～36 797 kN，盾構(gòu)能夠能達(dá)到的總推力越大，說(shuō)明動(dòng)力越強(qiáng)，越能滿足巖溶地層的掘進(jìn)要求。因此，提出巖溶區(qū)盾構(gòu)總推力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖4所示。

表4 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)設(shè)計(jì)層面指標(biāo)權(quán)重

圖3 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Index system of karst area adaptability evaluation about EPB shield

表5 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)總推力設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖4 總推力和刀盤(pán)扭矩隸屬度函數(shù)Fig.4 Membership function of shield total thrust design

2.3.2 刀盤(pán)扭矩設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，巖質(zhì)越硬，盾構(gòu)機(jī)就越需要較大的扭矩開(kāi)挖隧道。巖溶區(qū)地層經(jīng)常面臨軟硬巖交替分布的情況，甚至出現(xiàn)上軟下硬復(fù)合地層。因此，為了更好的適應(yīng)巖溶地層，盾構(gòu)機(jī)一定要有足夠的扭矩儲(chǔ)備。刀盤(pán)扭矩計(jì)算公式為[15]

T=αD3

(2)

式(2)中：T為刀盤(pán)扭矩，kN·m；α為扭矩系數(shù)，土壓平衡盾構(gòu)取經(jīng)驗(yàn)值為15～23。

根據(jù)式(2)，以廣西南寧軌道交通4號(hào)線中鐵裝備334#、335#輻條面板式盾構(gòu)機(jī)為研究對(duì)象，計(jì)算其需要的刀盤(pán)扭矩，得到T為3 662～5 615 kN·m。

建立巖溶區(qū)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)扭矩評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表6)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖5所示。

表6 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)刀盤(pán)扭矩設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖5 刀盤(pán)扭矩設(shè)計(jì)隸屬函數(shù)Fig.5 Membership function of cutter head torque design

2.3.3 刀盤(pán)渣土改良裝置設(shè)計(jì)

刀盤(pán)渣土改良裝置主要是指刀盤(pán)內(nèi)側(cè)面部有渣土改良的注入裝置以及攪拌棒。注入裝置的位置分布在刀盤(pán)中心軸部和外周部，刀盤(pán)中心軸部包含一個(gè)注入口，刀盤(pán)外周部的注入口與盾構(gòu)機(jī)直徑有關(guān)，其數(shù)量分布如表7[16]所示。

以廣西南寧軌道交通4號(hào)線中鐵裝備334#、335#輻條面板式盾構(gòu)機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)表7，提出刀盤(pán)渣土改良配置設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表8)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖6所示。

表7 刀盤(pán)外周部渣土改良注入口數(shù)量與盾構(gòu)機(jī)直徑關(guān)系[16]

表8 刀盤(pán)渣土改良裝置設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖6 刀盤(pán)渣土改良裝置隸屬函數(shù)Fig.6 Membership function of cutterhead residue improvement device

2.3.4 刀具選型設(shè)計(jì)

刀具是盾構(gòu)機(jī)用來(lái)切削土體的主要部件，刀具的選型以及其與地層的匹配性非常重要，選型不合理可能造成刀具的較大磨損，增加施工成本。巖溶地層中一般伴隨著軟巖和硬巖地層，因此刀具的選擇應(yīng)盡可能地兼顧軟硬兩種地層。以刀具種類為依據(jù)，提出盾構(gòu)刀具選型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表9)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖7所示。

圖7 刀具選型隸屬函數(shù)Fig.7 Membership function of tool selection

表9 刀具選型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.5 螺旋輸送機(jī)出渣能力

已知廣西南寧軌道交通4號(hào)線中鐵裝備334#、335#輻條面板式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)直徑為6.28 m，則刀盤(pán)面積S的計(jì)算公式為

(3)

由式(3)得S=30.97 m2。

復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)連續(xù)推進(jìn)的理論最大切削量為

Q1=Stotalv

(4)

式(4)中：Q1為最大切削量，Q1=148.68 m3/h；Stotal為盾構(gòu)隧道開(kāi)挖總面積；v為盾構(gòu)機(jī)支持的最大掘進(jìn)速度，v=80 mm/min。

盾構(gòu)機(jī)切削的土體會(huì)產(chǎn)生一定的蓬松，再加上膨潤(rùn)土的影響，導(dǎo)致渣土體積膨脹，取最大膨脹系數(shù)2.1，螺旋輸送機(jī)需要運(yùn)送土量的計(jì)算公式為[17]

Q2=2.1Q1

(5)

由式(5)得Q2=312.23 m3/h。

螺旋輸送機(jī)出土能力越大，越能夠滿足巖溶區(qū)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的要求。因此，提出螺旋輸送機(jī)出渣量設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表10)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖8所示。

表10 螺旋輸送機(jī)出渣能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖8 螺旋輸送機(jī)出渣量隸屬函數(shù)Fig.8 Membership function of slag discharge of screw conveyor

2.3.6 超前加固設(shè)計(jì)

巖溶地層中分布較多空洞，盾構(gòu)掘進(jìn)中易產(chǎn)生載頭等問(wèn)題，具有超前加固能力的盾構(gòu)機(jī)更能夠適應(yīng)巖溶地層。經(jīng)過(guò)專家咨詢及資料調(diào)研[18]，盾體上部周邊、前盾隔板可設(shè)有4～12個(gè)超前注漿孔，在必要時(shí)可對(duì)開(kāi)挖面前方進(jìn)行超前地質(zhì)加固。因此，提出超前加固能力設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表11)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖9所示。

表11 超前加固設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖9 超前加固能力隸屬函數(shù)Fig.9 Membership function of advance reinforcement capacity

2.3.7 掘進(jìn)速度

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在軟、硬地層中掘進(jìn)速度如表12所示，提出掘進(jìn)速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表13)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖10所示。

表12 軟、硬地層土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)速度

表13 掘進(jìn)速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖10 掘進(jìn)速度隸屬函數(shù)Fig.10 Membership function of tunneling speed

2.3.8 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速

本工程采用土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)施工，主要通過(guò)地層有黏土、粉質(zhì)黏土、含礫黏土和石灰?guī)r。根據(jù)清龍區(qū)間左線盾構(gòu)隧道施工實(shí)時(shí)監(jiān)控資料，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速最大值和最小值分別為1.6、0.8 r/min。結(jié)合調(diào)研及專家咨詢[19]，不同地層刀盤(pán)轉(zhuǎn)速如表14所示。提出刀盤(pán)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表15)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖11所示。

表14 不同地層刀盤(pán)轉(zhuǎn)速

表15 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.9 土倉(cāng)壓力

通過(guò)地勘資料可知，研究區(qū)域所含盾構(gòu)隧道埋深均處于3.5～23.5 m，穿越地層主要為黏土、粉質(zhì)黏土以及石灰?guī)r層，各地層參數(shù)如表16所示。水位基本上位于隧道上方0～8 m處。

按照相關(guān)規(guī)范計(jì)算水土壓力[20]，構(gòu)建土倉(cāng)壓力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表17)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖12所示。

圖11 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速隸屬函數(shù)Fig.11 Membership function of cutter head speed

表16 地層物理力學(xué)參數(shù)

表17 土倉(cāng)壓力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖12 土倉(cāng)壓力隸屬函數(shù)Fig.12 Membership function of silo pressure

2.3.10 注漿壓力

根據(jù)中外注漿壓力相關(guān)研究結(jié)果[21]，地層劈裂壓力(最高允許注漿壓力)的計(jì)算公式為

Pf=σ3+(0.9lnR+0.73)qu

(6)

(7)

式中：Pf為地層劈裂壓力，Pf取值為152.35～669.68 kPa；R為隧道埋深和洞徑相關(guān)參數(shù)，R取值為2.11～8.48；H為隧道埋深；σ3為覆土重量；qu為圍巖單軸抗壓強(qiáng)度。

在城市地鐵盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中一般采用同步注漿方式填補(bǔ)襯砌外空隙，注漿壓力的合理范圍在200～500 kPa，通過(guò)計(jì)算得出的注漿壓力較為合理。提出注漿壓力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表18)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖13所示。

表18 注漿壓力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖13 注漿壓力隸屬函數(shù)Fig.13 Membership function of grouting pressure

2.3.11 軟硬不均地層

盾構(gòu)穿越巖溶地層，經(jīng)常會(huì)遇到軟硬不均地層。通過(guò)定義地層復(fù)合比這一概念對(duì)軟硬不均地層進(jìn)行量化描述，以隧道斷面內(nèi)硬巖所占比例表示，其表達(dá)式為[22]

β=h1/D×100%

(8)

式(8)中：β為地層復(fù)合比；h1為硬巖層厚度。

提出軟硬不均地層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表19)，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖14所示。

表19 軟硬不均地層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖14 軟硬不均程度隸屬函數(shù)Fig.14 Membership function of soft and hard unevenness

2.3.12 巖溶地層

以遇洞隙率作為巖溶地層發(fā)育程度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表20)[23]，其適應(yīng)性隸屬函數(shù)如圖15所示。

表20 軟硬不均地層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[23]

圖15 巖溶發(fā)育程度隸屬函數(shù)Fig.15 Membership function of karst development degree

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

2.4.1 層次單排序評(píng)價(jià)

各評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較判斷矩陣是根據(jù)咨詢行業(yè)內(nèi)專家及開(kāi)展研討會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分的方式最終確定的，進(jìn)而得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的單層比較判斷矩陣并計(jì)算了相應(yīng)權(quán)重，結(jié)果如表21～表24所示。

表21 目標(biāo)層—準(zhǔn)則層判斷矩陣C-P

表22 “盾構(gòu)設(shè)計(jì)”對(duì)指標(biāo)層的判斷矩陣P1-u

表23 “盾構(gòu)施工”對(duì)指標(biāo)層的判斷矩陣P2-u

表24 “地層條件”對(duì)指標(biāo)層的判斷矩陣P3-u

由表21～表24可知，各評(píng)價(jià)指標(biāo)比較判斷矩陣一致性比值CR均小于0.1，可得評(píng)價(jià)指標(biāo)單層次比較通過(guò)一致性檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重較為合理。

2.4.2 層次總排序評(píng)價(jià)

根據(jù)表21～表24計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重總排序，結(jié)果如表25所示。

表25 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重總排序

由表25可得，u的總排序一致性比率CR=0.061 3(CR<0.1)，說(shuō)明其一致性良好。因此，影響巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)程度的12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)總排序依次為盾構(gòu)總推力、巖溶地層、刀具選型布置、軟硬不均地層、超前加固設(shè)計(jì)、掘進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩、土倉(cāng)壓力、刀盤(pán)渣土改良裝置、螺旋輸送機(jī)出渣能力、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、注漿壓力。

2.4.3 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

分析中外各種地層隧道盾構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合其他評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)的劃分方法[24-25]，擬定巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)程度分為5個(gè)等級(jí)(表26)，即

Q={Q1,Q2,Q3,Q4,Q5}={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}

(9)

式(9)中：Ⅰ為極適應(yīng)；Ⅱ、Ⅲ為適應(yīng)；Ⅳ為不適應(yīng)；Ⅴ為極不適應(yīng)。

表26 巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)度分級(jí)

3 南寧地鐵4號(hào)線2標(biāo)區(qū)間隧道土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)研究工程區(qū)域盾構(gòu)隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，收集巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表27所示。

表27 南寧軌道交通4號(hào)線2標(biāo)盾構(gòu)隧道土壓平衡盾構(gòu) 適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)

3.2 盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性評(píng)價(jià)

前文已經(jīng)確定了巖溶區(qū)盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，對(duì)南寧巖溶地層土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(1)良良區(qū)間(左線)：

(10)

式(9)中：R1為盾構(gòu)機(jī)的評(píng)價(jià)矩陣，下同。

(2)體良區(qū)間(左線)：

(11)

(3)清龍區(qū)間(左線)：

(12)

式中：B1為良良區(qū)間(左線)盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)度；A為巖溶區(qū)盾構(gòu)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；B2為體良區(qū)間盾構(gòu)機(jī)(左線)的適應(yīng)度；B3為清龍區(qū)間盾構(gòu)機(jī)(左線)的適應(yīng)度。

基于所提出的巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，通過(guò)模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算可知，良良區(qū)間左線土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)度為0.88，高度適應(yīng)；良良區(qū)間左線土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)度為0.75，中度適應(yīng)；良良區(qū)間左線土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)度為0.93，極適應(yīng)。通過(guò)以上分析可知，良良區(qū)間和清龍區(qū)間盾構(gòu)適應(yīng)性最好，主要是因?yàn)檫@兩個(gè)盾構(gòu)機(jī)是完全針對(duì)巖溶地質(zhì)進(jìn)行建造的，具有較好的巖溶地層適應(yīng)性；而體良區(qū)間的海瑞克盾構(gòu)機(jī)雖然進(jìn)行了部分針對(duì)性改造，但屬于舊設(shè)備、改造能力有限，因此適應(yīng)性較差。

4 結(jié)論

采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)程度進(jìn)行了研究，調(diào)研并確定了巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合理論分析，提出了巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其適應(yīng)度函數(shù)，建立了巖溶區(qū)土壓平衡盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，提出了適應(yīng)性評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，依托南寧軌道交通4號(hào)線良良區(qū)間(左線)、體良區(qū)間(左線)和清龍區(qū)間(左線)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)針對(duì)性改造的清龍區(qū)間盾構(gòu)機(jī)對(duì)巖溶地層的適應(yīng)性最好，良良區(qū)間次之，體良區(qū)間一般，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符，可為今后類似工程提供借鑒和指導(dǎo)。