TBM集成了液压、机械、电气等诸多领域的高科技成果,提高了隧道施工效率,在隧道建设中运用越来越广泛。为了对TBM施工下的隧道进行工期估算、机械选型、工程经济效果评价,必须对TBM施工的适应性进行研究,尤其是在软岩硬岩均有分布的复合地层中,本文对复合地层下TBM施工的围岩可掘性评价方法进行了研究,主要内容有:(1)在隧道工程开挖断面范围内或开挖延伸方向上,由两种或两种以上不同地层组成的称为复合地层,对于陡倾互层类型的复合地层,软岩和硬岩的厚度之比影响了地层的刚度和性质,将掌子面内的硬岩厚度与总厚度的比值定义为厚度比,进一步研究厚度比对掘进效率的影响,随着厚度比的增大,可掘性指数越大,岩体越难掘进。(2)当滚刀推力大于临界值时,岩石开始破碎,随着推力的增大,岩体破碎效率提高。但是对围岩的可掘性评价需要排除TBM运行参数,因此选取单位推力下的破岩速度为可掘性指数,并以此来表征岩体的可掘性,这样就排除了运行参数对TBM破岩效率的影响。(3)滚刀作用在岩石上,在压应力的作用下,滚刀下岩石破碎。将滚刀作用简化为一个集中荷载作用在岩石上,将软硬复合地层看做是一个横观各向同性的等效连续体,得出了软硬岩叠加时的等效刚度,求解出横观各向同性下的boussinesq解,给出滚刀作用下的岩体应力分布,以摩尔库伦为屈服准则,通过MATLAB编程,以此来求解岩体的屈服区域,地层的竖向应力呈现对称的应力泡状态,软岩和硬岩的状态出现分化。(4)通过复合地层下的boussinesq解,计算分析厚度比、岩体强度对破岩效率的影响。随着岩体强度的增大,岩体越难掘进,可掘性指数增大,并且与岩体强度呈现线性函数关系;随着厚度比的增大,即硬岩的成分越来越多,岩体越难掘进,可掘性指数增大,与厚度比呈现对数函数的关系。(5)运用离散元软件UDEC进行数值模拟,模拟厚度比、岩体强度、节理间距和节理夹角对掘进效率的影响,并与理论计算进行对比,归纳出多因素模型,模型从厚度比、岩体强度、节理间距和节理夹角四个方面对可掘性进行评价。勒奇山隧道和扎格罗斯隧道的现场数据表明,预测模型在评价因素对可掘性指标的影响趋势上具有一致性。评价模型精简了影响可掘性指标的因素,考虑了复合地层的要素,且采用线性的关系,更能反映出各个因素对可掘性的影响,使模型更加准确和简洁。