[发明专利]一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置与方法

说明书

本发明公开了一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置与方法，装置包括声发射仪压力盒、位移测量装置、液压加载装置、承压板、垫板、外壳和采集控制器；声发射仪压力盒设置于上承压板和下承压板之间，下承压板的底部设置垫板，垫板的底部设置液压加载装置；操作时将测试装置安装在TBM撑靴的预留孔内，标记待测围岩位置，记录其里程坐标；设置采集参数；启动液压加载装置测试装置顶出；观察显示器上数据采集过程是否异常，正常采集数据后，记录结果，装置收回；本发明在测试前无需进行安装、测试后无需进行拆卸，测试过程方便快捷，同时具备原位、快速、实时、准确、不影响正常施工的优点。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置与方法。

背景技术

相比于传统钻爆法，TBM工法因其施工速度快、成洞质量高、施工环境好等优势，在硬岩隧道施工中得到越来越广泛的应用。但是，TBM机械对地质条件极为敏感，隧洞围岩的力学性质直接影响着TBM施工速度和滚刀磨损量。在TBM施工过程中，因前期隧道沿线岩体地质勘查的不连续性，及试验室岩石力学性质测试结果的滞后性，往往会导致TBM施工速度较低且滚刀磨损严重，施工成本增加，甚至会发生TBM卡机等严重事故。所以在TBM掘进过程中，及时获得连续、准确的隧道围岩力学性质参数，为TBM操作提供参考依据，对提高TBM施工速度、降低施工成本、保证人员机械的安全具有十分重要的意义。

目前尚无实时有效的TBM施工隧道原位围岩力学性质参数获取的装置与方法。传统且使用最广泛的方法需要在现场对围岩钻孔取芯，后经切削打磨制成标准岩石试样，最后对试样进行室内单轴、剪切、三轴等试验来获得围岩力学性质参数。但试验过程耗时较长，获得的围岩力学性质具有严重滞后性，且岩石在钻孔取芯及试样制作过程中极易受到破坏，导致测试结果与实际围岩力学参数有较大偏差，不能满足TBM掘进时快速、准确获取围岩力学性质参数的需求。

近些年也出现了一些在施工现场对围岩进行原位测试的装置与方法：

申请号为202011293972.6的中国专利提供了一种围岩原位测试装置与方法，利用TBM撑靴撑紧围岩的物理过程，通过安装在撑靴外表面上的测试装置内的压力盒和多个位移测量装置获得围岩压力-位移曲线，后将曲线与建立的岩体信息库进行匹配获得围岩力学性质参数。但该装置在每次测试过程中都需要进行安装和拆卸，操作繁琐，且测试过程中需要TBM主司机操作撑靴进行配合。

申请号为201610823130.4的专利提供了一种硬岩掘进装备围岩强度在线辨识方法，通过掘进装备传感信息，利用已有的围岩切削模型，辨识出掘进面围岩强度大小。但该方法与试验测试方法相比，其结果的准确性和是否满足工程精度要求需要进一步验证。

申请号为201811177140.0的中国专利提出了一种用于全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法，通过利用岩石测试仪，采用“四线四点”方法通过掘进机刀盘人孔获得围岩强度测试值，根据围岩强度与测试值函数关系回归分析结果，计算确定围岩强度。但该方法需要旋转刀盘依次在施工掌子面不同方位进行测试，测试过程复杂，严重影响TBM的正常施工。

申请号为201810384551.0的中国专利提供了工程岩体力学参数钻孔原位测试装置及其使用方法，通过装置内的推进支撑系统、液压加载装置、控制系统等获得围岩变形破坏时荷载和变形的测试数据，后经处理得到围岩力学性质参数。但该装置测试过程中需要组装、测试、拆卸仪器，过程繁琐，又因TBM 施工隧道操作空间狭小，该方法不便用于TBM隧道围岩测试。

总而言之，现有的测试装置或方法在测试获取TBM施工隧道围岩力学性质参数时不同时具备原位、快速、实时、准确、不影响正常施工的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置与方法，以解决上述现有技术存在的问题，该测试装置测试前无需进行安装、测试后无需进行拆卸，测试过程方便快捷，需要的人力、财力成本低，同时具备原位、快速、实时、准确、不影响正常施工的优点。