隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、深部資源開采和水資源開發(fā)不斷發(fā)展，需要建設(shè)大量深埋長大隧(巷)道。TBM（全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)）工法因其工期、造價(jià)和技術(shù)優(yōu)勢，成為深埋長大隧道和超千米深部大型礦井巖石巷道掘進(jìn)的最佳選擇。但由于對圍巖與TBM相互作用機(jī)理的認(rèn)識不夠清晰，對TBM掘進(jìn)過程中的圍巖擠壓大變形、斷層破碎帶垮塌失穩(wěn)、卡機(jī)、巖爆和突涌水等工程災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理學(xué)習(xí)不夠深入，高效破巖理論與工程災(zāi)害控制不足可靠的科學(xué)理論支撐，TBM安全高效掘進(jìn)與智能控制是亟待解決的重大科學(xué)技術(shù)難題。 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)學(xué)習(xí)所地下工程課題組通過對深部復(fù)合地層TBM安全高效破巖、災(zāi)害預(yù)測控制、巖機(jī)狀態(tài)信息實(shí)時感知等深入學(xué)習(xí)，取得TBM安全高效掘進(jìn)與智能控制技術(shù)方面的系統(tǒng)成果： （1）基于高圍壓、軟硬巖全尺寸CCS滾刀貫入和線性切割試驗(yàn)及數(shù)值實(shí)驗(yàn)，揭示了破巖過程裂隙網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展演化規(guī)律、破壞模式和圍壓對滾刀法向力、滾動力及破巖效率的影響規(guī)律；基于滾刀-刮刀聯(lián)合破巖過程模擬，揭示了復(fù)合地層TBM破巖機(jī)理，并提出了復(fù)合地層TBM掘進(jìn)的適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和掘進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)。建立了典型TBM工程的掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫，基于此建立了TBM掘進(jìn)性能預(yù)測模型和巖體可掘性評價(jià)理論。 �。�2）揭示了TBM掘進(jìn)高應(yīng)力軟弱圍巖損傷擴(kuò)容-破裂碎脹擠壓大變形機(jī)理，建立了描述破裂碎脹擠壓大變形過程的本構(gòu)模型和裂隙擴(kuò)展準(zhǔn)則；揭示了圍巖與護(hù)盾作用的摩擦-接觸機(jī)制及卡機(jī)災(zāi)害孕育發(fā)生機(jī)理，建立了卡機(jī)狀態(tài)判別準(zhǔn)則；提出了基于有限元-離散元耦合方法（FDEM）和數(shù)值流形方法（NMM）的擠壓大變形及卡機(jī)災(zāi)害分析預(yù)測方法。 （3）提出了TBM穿越復(fù)雜地質(zhì)條件下軟巖擠壓大變形、斷層破碎帶坍塌失穩(wěn)、突涌水和巖爆災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級劃分方法。針對不同災(zāi)害類型和風(fēng)險(xiǎn)等級，提出了以超前加固、TBM擴(kuò)挖、掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整和分步聯(lián)合支護(hù)為核心的成套防控、脫困技術(shù)。 �。�4）建立了TBM掘進(jìn)過程巖-機(jī)作用信息（包括刀具受力、刀具磨損、刀盤振動、圍巖與護(hù)盾作用信息）實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了TBM巖-機(jī)作用無人值守自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程控制。對采集的巖-機(jī)相互作用多源信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和智能研究，建立了巖體力學(xué)參數(shù)與TBM機(jī)械電液參數(shù)間的融合互饋機(jī)制及其映射關(guān)系，為不同地質(zhì)條件下TBM掘進(jìn)過程信息化施工、優(yōu)化決策與智能控制的提供支撐條件。 學(xué)習(xí)工作得到國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目“深部復(fù)合地層TBM與圍壓的相互作用機(jī)理及安全控制”（2014CB046900）、“TBM安全高效掘進(jìn)全過程信息化智能控制與支撐軟件基礎(chǔ)學(xué)習(xí)”（2015CB058100）及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41130742，41602326）等資助。成果發(fā)表在該領(lǐng)域主流期刊Rock Mechanics and Rock Engineering、Tunneling and Underground Space Technology 和巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)等，申請多項(xiàng)發(fā)明專利，對TBM設(shè)備選型、設(shè)計(jì)制造和掘進(jìn)施工具有重要指導(dǎo)意義。學(xué)習(xí)成果應(yīng)用于LXB引水隧洞、吉林引松工程、山西中部引黃工程、引漢濟(jì)渭秦嶺隧道、蘭州市水源地引水工程、新疆ABH引水工程等國內(nèi)跨流域調(diào)水工程和大瑞鐵路高黎貢山TBM隧道，取得顯著社會經(jīng)濟(jì)效益。 論文鏈接：1 2 3 4
