本文围绕着TBM主要进行了两方面的论述,第一方面,超前钻孔工程力学测试。进行了两次综合性的现场试验:既有间接试验(钻孔试验、单孔声波试验),也有直接试验(点荷载试验、单轴抗压强度试验),获得了大量的地质信息与岩石力学信息,建立了超前钻探随钻参数与岩体质量评价指标的关系,从而能够通过超前钻快捷、有效、定量地探明掌子面前方岩石块体的单轴抗压强度、大小和地下分布,以及界面断面的产状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理和力学性质。第二方面,围岩施工特性快速评价系统研究。首先通过室内的花岗岩钻孔试验模拟TBM掘进试验,在钻孔的同时通过DPM系统记录下钻进过程中的转速、扭矩、推进力、钻进位移等参数,然后利用各参数进行多元函数拟合分析;同时为了寻求一个替代钻进速度来评价岩石质量的参数,引入了钻进比能的概念,效果较好;然后回归到TBM掘进试验,基于海量的现场掘进数据和大量的工程地质信息,类比花岗岩钻孔试验,选取刀盘转速、刀盘扭矩、推进力、推进位移等参数进行多元函数拟合分析。然后引入掘进比能的概念,在不同强度分级的围岩的条件下与掘进速度进行对比分析。主要的结论有两点:数字钻机(DPM)能够在钻进的同时通过相应传感器记录下转速、压强、扭矩、钻进位移等参数,通过钻进速度可以直观的反映岩体的强度特性;但是对于同一种岩石,不能仅仅依靠钻进速度一个量来进行围岩分类,应综合考虑压强、转速等参数带来的加成效应。掘进比能相对于掘进速度而言,波动性更小,误差更小(10%),与岩石分类的标准相关性好,可作为岩体质量评价的标准;围岩强度越小,扭矩功率(扭矩做功)对掘进速度的贡献越大,说明围岩强度较弱的情况下,适当提高扭矩,可有效加快掘进速度;而当围岩强度较强时,可适当提高推力,加快掘进效率。