[发明专利]用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法

权利要求书

1.一种用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立TBM在掘岩体等效强度Rec和贯入度指数FPI的通用关系模型如下，

Rec＝64.98ln(FPI)-140.32 (1)

公式(1)的判定系数为R²＝0.9146；

S2：将公式(1)所述模型应用于TBM掘进施工中，根据在建工程TBM实时采集的掘进参数计算贯入度指数FPI，利用公式(1)所述模型计算出在掘进岩体的等效强度Rec，结合预先取样测定的该工程同一岩性完整岩体的抗压强度，估算出TBM在掘岩体的完整性系数Kv；

S3：基于公式(1)所述模型实时计算的岩体等效强度Rec和完整性系数Kv，按照给出的分级标准和预警值，对TBM在掘岩体进行分级及预警值。

2.根据权利要求1所述的用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，其特征在于：步骤S1中公式(1)所述模型的确定步骤如下：

S1.1：获取TBM现场完整岩体掘进数据和地质数据：收集不同洞径尺度及不同岩石类型下TBM隧道工程的完整岩体掘进数据和地质数据，掘进数据包括刀盘推力和贯入度；用于计算贯入度指数FPI；地质数据包括岩石单轴抗压强度；

其中：F为刀盘推力，kN；P为贯入度，mm/r；n为刀具数量；

S1.2：收集工程现场完整岩体实测数据，用数学回归方法建立贯入度指数FPI与岩石单轴抗压强度UCS的关系公式，进而得到完整岩体强度Rc和FPI的关系模型：

Rc＝64.98ln(FPI)-140.32(R²＝0.9146) (3)

S1.3：定义与某个完整岩体掘进贯入难易程度相当的在掘岩体强度为TBM在掘岩体等效强度Rec，即得到公式(1)所述模型。

3.根据权利要求1所述的用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S2.1：根据在建工程TBM数据采集系统实时采集的掘进参数计算在掘岩体贯入度指数FPI，由公式(2)计算得到的FPI代入公式(1)中得到TBM在掘岩体的等效强度Rec；

S2.2：同一岩性洞段，对TBM在掘岩体的完整性系数Kv进行实时估算，

K_v＝R_ec/R_c (4)

其中：Rec是根据公式(1)所述模型计算的岩体等效强度，Rc是预先取样测得的该工程同一岩性的的完整岩体强度。

4.根据权利要求1所述的用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，其特征在于，所述分级标准和预警值如下：

当岩体等效强度Rec＞150MPa时，为围岩极硬二级预警值；

当岩体等效强度Rec＞200MPa时，为围岩极硬一级预警值；

当岩体等效强度Rec＜30 MPa、完整性系数Kv＜0.35时，为围岩软弱破碎二级预警值；

当岩体等效强度Rec＜15MPa完整性系数Kv＜0.35时，为围岩软弱破碎一级预警值。

5.根据权利要求4所述的用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，其特征在于，TBM在掘岩体分级与预警如下：

当Rec在30～150MPa时，围岩等级为B-I，贯入易、风险低，无需预警；

当Rec在150～200MPa时，或Rec在15～30MPa、Kv＜0.35时，围岩等级为B-II，贯入难或破碎风险较高，二级预警；

当Rec＞200MPa时，或Rec＜15MPa、Kv＜0.35时，围岩等级为B-III，贯入极难或破碎风险很高，一级预警。