[发明专利]用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法

说明书

本发明公开了一种用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，属于TBM隧道施工技术领域，包括以下步骤：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；将该模型应用于TBM掘进施工中，根据TBM实时采集的掘进参数，对TBM在掘岩体的完整性系数Kv进行实时估算，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。本发明根据TBM掘进参数变化，在线估算出TBM在掘岩体的等效强度和完整性系数，实时分析TBM在掘岩体的可掘性和破碎程度；与以往的TBM施工围岩分级方法相比，其采用的分级指标参数简单，易于在线获取，对于及时判断围岩可掘性、预警岩体塌方TBM被卡风险以及预先准备恰当的支护措施至关重要。

技术领域

本发明属于TBM隧道施工技术领域，尤其涉及一种用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法。

背景技术

岩石强度和岩体完整程度作为表征岩体质量特性的重要参数，是工程岩体质量分级的主要判定依据，也是TBM掘进性能的重要评判指标，在现场施工过程实现掌子面岩石强度和完整性的快速准确判断至关重要。然而受刀盘、护盾等机械结构的限制，TBM在掘进过程中无法直接观察到掌子面的围岩情况，也难以快速地对围岩质量特性进行现场试验和评估。目前，传统的岩石强度测试方法和岩体完整性系数获取方法均是掘进后现场取样测试，属于TBM停机的事后行为，不具有实时性，难以给TBM提供在掘岩体特征的在线判识与预警。如何根据TBM掘进参数的变化，建立一种实时的岩体强度和完整性系数的测算方法，从而判断岩体是否易于掘进及是否破碎，实现TBM在掘岩体条件的实时判别和预警，对保证TBM安全高效掘进、提高TBM施工的智能化水平具有重要意义。

目前，基于掘进参数的岩石强度测算模型，建立的是取芯岩块强度与掘进参数之间的关系，并非在掘岩体强度与掘进参数的关系，忽略了岩体完整性的影响。而TBM掘进过程中，掘进参数实际反映的是岩体强度。对于完整岩体，岩体强度接近于岩石强度，模型预测结果有较高准确性；而对于节理岩体，其岩体强度受岩体完整性等因素影响，一般低于岩石强度，基于以往模型利用现场掘进数据计算出的岩石强度自然不同于测试的岩石强度，因此模型计算结果缺乏的准确性，其应用存在局限性。

另外，目前常用的隧道围岩分级方法主要是基于围岩稳定性针对传统钻爆法的，不是TBM适应性围岩分级，而且不是在线实时智能分级。TBM在掘岩体智能识别与预警，对及时判断围岩的可掘性及预防塌方卡机风险具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，旨在解决上述现有技术中基于掘进参数的岩石强度测算模型不适合节理岩体，存在局限性；以及传统隧道围岩分级方法不适用TBM施工的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种用于估算TBM在掘岩体强度并分级预警的方法，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。

进一步地，步骤S1中公式(1)所述模型的确定步骤如下：