[发明专利]TBM掘进隧洞岩石石英含量快速测试系统与方法

说明书

本公开提供了一种TBM掘进隧洞岩石石英含量快速测试系统与方法。根据隧洞岩石实测的石英含量和硬度、耐磨性参数，通过多元线性回归分析或粗糙集‑理想点非线性分析方法建立基于上述参数的多元线性经验公式或综合评价模型，建立经验估算公式或综合评价模型，可用于快速获得TBM施工隧洞岩石的石英含量。本公开原理简单、经济实用，有效的替代了昂贵且费时的常规岩石石英含量测试方法(矿物分析法)，解决了TBM掘进隧洞岩石石英含量仪价格昂贵且测试过程复杂的难题。本公开能够快速预测TBM刀盘磨损信息并能对刀具状态做出合理的评估，对TBM隧洞施工具有重大指导意义。

技术领域

本公开涉及一种TBM掘进隧洞岩石石英含量快速测试系统与方法。

背景技术

目前，我国正在修建大量的城市地铁隧道、引供水隧洞、江越海隧道及电力电讯地下管廊等地下工程。TBM工法具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，是岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在我国道路交通、水利水电、市政等隧洞工程中的应用正迅猛增长。TBM又称隧道硬岩掘进机，主要适用于坚硬岩石地层。在坚硬岩石地层中掘进，岩石的石英含量是影响施工的重要参数，石英含量高低影响刀盘磨损的程度。及时了解刀盘磨损信息并对刀具状态做出合理的评估，是TBM掘进隧洞工程质量和施工进度的重要保证。岩石中的石英类矿物是TBM刀盘磨损的主要原因，通过岩石中石英含量对刀盘磨损状态做出预测，在TBM掘进隧洞中具有重大意义。目前岩石中石英含量主要采用X射线衍射或近红外矿物分析仪测量，但是矿物分析仪价格昂贵且测试过程复杂，不能快速测得岩石中的石英含量。因此，在TBM掘进隧洞施工过程中，如何快速测得围岩岩石石英含量是急需解决的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种TBM掘进隧洞岩石石英含量快速测试系统与方法，本公开解决了TBM掘进隧洞岩石石英含量获取过程复杂且价格昂贵的难题。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种TBM掘进隧洞岩石石英含量快速测试方法，包括以下步骤：

(1)针对隧洞内某一岩性地层，采取TBM挖掘出的岩块的作为实验试样，每块试样单独编号；

(2)对每一块岩石试样进行标准的矿物分析试验，获得试样中石英含量，并对每一块岩石试样进行表面回弹硬度、压痕硬度及耐磨性测试，获取与石英含量相对应的硬度参数和耐磨性指数；

(3)以硬度参数和耐磨性指数作为评价指标，石英含量作为评价结果，采用非线性分析方法-粗糙集理论确定硬度参数权重；

(4)根据评价指标权重，选取合适硬度参数和耐磨性指数，进行多元线性回归分析，如果多元回归分析所得经验估算公式的准确性和可靠性满足工程设计要求，通过对应的岩石硬度参数和耐磨性指数试验测试，估算选取的岩性地层的石英含量；如果该公式不满足要求，则证明该地层岩石石英含量和硬度参数及耐磨性指数之间不存在线性相关关系，需采用非线性方法建立综合评价模型，以估算岩石的石英含量；

(5)将粗糙集理论和理想点法相结合，建立综合评价模型，以综合评价模型快速评价预测选取的岩性地层的石英含量。

作为进一步的限定，所述步骤(2)中，试样中的石英含量采用薄片鉴定方法测得，具体为将岩石样品磨制成标准薄片，采用偏光显微镜鉴定分析，得出试样中标准的石英含量。

作为进一步限定，所述步骤(2)中，硬度参数SHR采用N型施密特回弹仪测量，测试时回弹仪垂直于试样表面，并将试样夹持固定以防止震动；SH采用C-2型测试仪测量，以金刚石探头的回弹高度表征SH值；CIH通过NCB圆锥硬度计压头测得。

作为进一步限定，所述步骤(2)中，耐磨性指数CAI通过测量洛氏硬度为55铁质探针尖端的磨损度获得。