一种全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法技术

本发明专利技术公开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，适用于全断面硬岩掘进机施工的隧道工程围岩强度原位测试。利用岩石测试仪，采用“四线四点”法通过掘进机刀盘人孔对围岩强度进行原位测试，然后对围岩测试值数据进行处理，根据围岩强度与测试值函数关系进行回归分析，计算确定围岩强度，实现了对全断面硬岩掘进机施工隧道围岩强度原位、快速测试，可为掘进机操作人员进行掘进参数的设置和调整及刀具磨损预测提供参考依据。该方法简单便捷，测试时间短，信息反馈及时能够快速直观的反映出隧道掌子面前方围岩强度。

A Rapid in-situ Testing Method for Surrounding Rock Strength of Full Section Hard Rock Roadheader Tunnel

The invention discloses an in-situ rapid testing method for the strength of surrounding rock of a full-face Hard Rock Roadheader tunnel, which is suitable for in-situ testing of the strength of surrounding rock of a tunnel project constructed by a full-face hard rock roadheader. By using rock tester, the strength of surrounding rock is measured in situ by the method of \four lines and four points\ through the cutter head manhole of the roadheader, then the measured data of surrounding rock are processed, and the strength of surrounding rock is calculated and determined by regression analysis according to the relationship between the strength of surrounding rock and the measured value function. The in situ and rapid testing of the strength of surrounding rock of the tunnel constructed by the full-face Hard Rock Roadheader is realized, which can be used as the roadheader. Operators can provide reference for setting and adjusting tunneling parameters and predicting tool wear. The method is simple and convenient, and the test time is short. The information feedback can reflect the strength of surrounding rock in front of tunnel face quickly and intuitively.

【技术实现步骤摘要】
一种全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法
本专利技术涉及城市地铁、公路隧道及水利隧洞等采用全断面硬岩掘进机掘进施工的隧道工程，具体为一种能够实现全断面硬岩掘进机施工过程中快速测试围岩强度的方法。
技术介绍
近年来随着经济的发展和施工技术的快速进步，全断面硬岩掘进机施工技术越来越多地在城市地铁、公路隧道、水利隧洞等领域中得到广泛应用。全断面硬岩掘进机具有掘进速度快，施工质量高，劳动强度小，施工安全及环境影响小等优点。围岩强度是对全断面硬岩掘进机是否高效安全施工的关键影响因素，它不仅是反映隧道工程地质的重要参数，而且是全断面掘进机掘进参数的设置和调整的重要依据，同时也对滚刀磨损具有重要的影响，直接决定着滚刀能否高效破岩，影响隧道施工进度及成本。目前隧道施工中关于围岩强度的测试主要是通过岩石强度的测试进行确定的，岩石强度的主要是通过现场取样，室内实验的方法确定，这种测试方法局限性主要为现场取样困难，测试时间长，信息反馈滞后，无法达到施工中快速、原位测试的要求。
技术实现思路
本专利技术针对全断面硬岩掘进机施工中已有围岩强度测试技术不足的问题，专利技术了一种快速、简便的围岩强度原位测试的方法。本专利技术的围岩强度原位快速测试方法主要是利用岩石测试仪采用“四线四点”法进行快速测试。所述岩石测试仪是用来测试岩石表面硬度的仪器，精度高，误差小，测试范围大，满足硬岩隧道围岩强度测试。所述“四线四点”法主要包括以下步骤：（1）人孔定位：旋转刀盘使人孔依次停止在隧道掌子面3点钟、6点钟、9点钟及12点钟位置，分别作为强度测试的3点钟测区、6点钟测区、9点钟测区及12点钟测区。（2）测线定位：在刀盘人孔处选取相近的四条滚刀轨迹线，由于滚刀在隧道掌子面的作用，轨迹线较为平整，故作为自研岩石测试仪测试线。（3）测点定位：在四条滚刀轨迹线上各选定四个测点，同条测线上相邻测点之间距离为5cm。（4）单点测试：单点测试时重复测试10次，10个测试值剔除2个最大值和2个最小值，然后剩余6个测试值的平均值作为单点的测试值。根据该单点测试方法依次进行单个测点测试，确定该测区16个单点测试值。（5）单个测区测试值：从该测区的16个单点测试值中，剔除3个最大值和3个最小值，然后剩余10个单点测试值的平均值作为该测区的测试值。（6）单个测区围岩强度：将测区测试值N代入公式：，即可得到该测区围岩强度值R。（7）重复步骤（2）~（5），记录并计算确定其他测区测试值。（8）重复步骤（6）计算确定其他测区围岩强度值R，（9）围岩强度：将四个不同测区围岩强度值R进行求平均值，所得四个测区围岩强度平均值作为隧道该断面围岩强度值。本专利技术技术效果：采用本专利技术围岩强度测试方法，全断面硬岩掘进机施工中可对隧道前方围岩强度进行快速测试，无需进行钻芯取样，测试时间短，信息反馈及时，方便掘进机操作人员根据围岩强度的变化进行掘进参数的设置和调整，方便刀具磨损预测，进而获得良好的掘进施工效果。该围岩强度快速测试方法适用于硬岩隧道全断面掘进机施工中，能够快速便捷地掌握隧道前方围岩强度，为全断面硬岩掘进机的高效快速施工提供有益参考，具有重要的指导意义，值得推广和应用。附图说明图1全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法总体示意图。图2滚刀轨迹线示意图。图3全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法示意图。图中：1刀盘，2滚刀，3滚刀轨迹线，4掌子面围岩，5刀盘人孔，6测点，7岩石测试仪。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。本专利技术的全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试，主要使用岩石测试仪，利用“四线四点”法对隧道掌子面围岩强度进行快速测试，其中采用岩石测试仪测试时自研岩石测试仪对准测点（图3中测点（6）），其轴线始终垂直于隧道掌子面围岩，具体实施步骤如下：（1）人孔定位：旋转刀盘（1）使刀盘人孔（5）依次停止在隧道掌子面3点钟位置，分别作为强度测试的3点钟测区，如图1。（2）测线定位：掌子面围岩（4）在滚刀（2）作用下对岩石进行切割，形成滚刀轨迹线（3），如图2所示。在刀盘人孔（5）处选取相近的四条滚刀轨迹线（3），作为岩石测试仪测试线，如图1、图3中滚刀轨迹线（3）。（3）测点定位：在四条滚刀轨迹线（3）上各选定四个测点，同条测线上相邻测点之间距离为5cm，如图3所示的测点（6）。（4）单点测试：单点测试时重复测试10次，10个测试值剔除2个最大值和2个最小值，然后剩余6个测试值的平均值作为单点的测试值。根据该单点测试方法依次进行单个测点测试，确定该测区16个单点测试值。（5）单个测区测试值：从该测区的16个单点测试值中，剔除3个最大值和3个最小值，然后剩余10个单点测试值的平均值作为该测区的测试值。（6）单个测区围岩强度：将3点钟测区测试值N代入公式：，即可得到3点钟测区围岩强度值R。（7）重复步骤（2）~（5），记录并计算确定6点钟测区、9点钟测区及12点钟测区测试值。（8）重复步骤（6）计算确定6点钟测区、9点钟测区及12点钟测区围岩强度值R，（9）围岩强度：将四个不同测区围岩强度值R进行求平均值，所得四个测区围岩强度平均值作为隧道该断面围岩强度值。以上所述仅为本专利技术示意性的具体实施方式，并非用以限定本专利技术的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本专利技术构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法，其特征在于利用岩石测试仪采用“四线四点”法进行快速测试隧道掌子面围岩（4）强度。

【技术特征摘要】
1.一种全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法，其特征在于利用岩石测试仪采用“四线四点”法进行快速测试隧道掌子面围岩（4）强度。2.如权利要求1所述的全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法，其特征在于，“四线四点”法包括以下操作步骤：（1）人孔定位：旋转刀盘（1）使刀盘人孔（5）依次停止在隧道掌子面3点钟、6点钟、9点钟及12点钟位置，分别作为强度测试的3点钟测区、6点钟测区、9点钟测区及12点钟测区;（2）测线定位：在刀盘人孔处选取相近的四条滚刀轨迹线（3），由于滚刀（2）在隧道掌子面的作用，轨迹线较为平整，作为岩石测试仪测试线;（3）测点定位：在四条滚刀轨迹线（3）上各选定四个测点（6），同条测线上相邻测点之间距离为...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷江松，王利明，周建军，张兵，宋天田，李宏波，李燕疆，祖玲娜，成建国，石小政，翟乾智，
申请(专利权)人：深圳市地铁集团有限公司，中铁隧道局集团有限公司，盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：广东,44