TBM隧洞岩体分级方法技术

本发明专利技术公开了一种TBM隧洞岩体分级方法，以岩体基本质量指标BQ为准则，考虑岩体坚硬性和岩体完整性，同时考虑地下水、地应力、工程轴线的方位与主要结构面产状的组合关系作为修整因素，确定围岩的岩体质量；步骤1、依据岩体单轴饱和抗压强度与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系根据下式反演计算；步骤2、根据岩体完整性系数与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系计算。本发明专利技术以现行《工程岩体分级标准》中地下工程围岩分级方法为基础，避开难以获得的参数，根据TBM施工过程中“岩‑机‑渣”三者之间的复合关系，寻求容易获得的掘进参数、渣料特征与岩体强度和完整性所需指标的关系，实现TBM施工中隧洞的快速围岩分级。

【技术实现步骤摘要】
TBM隧洞岩体分级方法
本专利技术涉及隧洞岩体分级方法，尤其是涉及TBM隧洞岩体分级方法。
技术介绍
在TBM（英文TunnelBoringMachine的缩写，隧道掘进机）施工隧洞过程中，岩体往往被庞大的设备或衬砌管片遮挡或封闭，难以直接通过观察测量并利用现行规程规范对岩体进行分级。目前主要是在传统钻爆法隧洞岩体分级的基础上，根据各自的经验对岩体进行分级，这样既缺乏科学依据又需要反复停机检查，费时费力且准确性和统一性较低，大大限制了TBM自动高效掘进。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种TBM隧洞岩体分级方法。为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述的TBM隧洞岩体分级方法，依据《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）中的分类方法，以岩体基本质量指标BQ为准则，考虑岩体坚硬性和岩体完整性，同时考虑地下水、地应力、工程轴线的方位与主要结构面产状的组合关系作为修整因素，确定围岩的岩体质量；具体步骤如下：步骤1、所述岩体坚硬性是指岩体单轴饱和抗压强度，所述岩体单轴饱和抗压强度，依据岩体单轴饱和抗压强度与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系根据下式反演计算：；式中：—岩体单轴饱和抗压强度，；—滚刀数量，把；—滚刀直径，；—岩渣块径长，cm；—岩渣块径宽，cm；—岩渣块径高，cm；—岩渣片状含量，%；—刀盘推力，kN；—扭矩，kNm；—转速，rpm；—贯入度，mm/r；—刀盘直径，；步骤2、所述岩体完整性是指岩体完整性系数，根据所述岩体完整性系数与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系计算：以贯入度、片状岩渣含量、块状岩渣含量、岩渣长度、岩渣宽度为评价指标，以岩体完整性系数为待评价物元，建立多指标评价模型；把岩体完整性系数分为5级，分别为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎，对应于数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ级，对各个评价指标在岩体完整性分级之间的取值见表1所示；表1单因素指标岩体完整性系数分级为消除各指标量纲的影响，根据下式对各指标进行无量纲化处理；根据TBM隧洞施工特点及无量纲化可操作性，本专利技术采用优选的线性无量纲方法；（1）对于指标值越小越好的指标：（2）对于指标值越大越好的指标：式中：是指标的评价值（无量纲）；是指标的实际值（有量纲）；是指标的最大值（有量纲）；是指标的最小值（有量纲）；无量纲化后的单因素指标岩体完整性分级见表2所示；表2单因素指标岩体完整性系数分级（无量纲化）则各单因素评价指标对应的岩体完整性的量值经典域用有序的三元组表示：式中：是一个物元；是第个评价类别；是第个评价指标；是对应的取值范围，即经典域；即各单因素评价指标对应的岩体完整性的量值经典域如下：（1）岩体完整（Ⅰ）：（2）岩体较完整（Ⅱ）：（3）岩体较破碎（Ⅲ）：（4）岩体破碎（Ⅳ）：（5）岩体极破碎（Ⅴ）：节域由岩体完整性影响因素各指标的取值范围值确定，是岩体完整性分级的全体，用各单因素评价指标无量纲化的取值范围表示；式中：是评价类别的全体；是的取值范围，即节域；本专利技术采用优选的层次分析法确定影响围岩完整性系数的各地质因素的权重值，引入1~3比例标度法构造出判断矩阵，如表3所示，用求解判断矩阵最大特征根及其特征向量的方法得到各因素的相对权重；表3比较矩阵计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，并经过一致性检验后，各评价因素的权重系数为；；步骤3、根据《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）中对围岩的详细分级，对工程岩体基本质量指标进行计算：；式中：为仅考虑岩体坚硬性和完整性的岩体基本质量指标；为岩体单轴饱和抗压强度；为岩体的完整性系数；当时，应以和代入计算值；当时，应以和代入计算值；步骤4、在岩体基本质量分级的基础上，根据地下水状态、初始应力状态、工程轴线的方位与结构面产状的组合关系修整因素，确定围岩的岩体质量指标：；式中：为根据地下水、地应力和结构面方向修正后的岩体质量指标；为地下水影响修正系数，根据地下水发育程度按照表4确定；表4地下工程地下水影响修正系数为每10m洞长出水量（）；为地下工程结构面产状影响修正系数；或；为初始地应力状态影响修正系数，根据隧洞围岩强度应力比进行修正；表5初始应力状态影响修正系数岩体基本质量分级和修正后的岩体质量分级根据取值大小按照表6进行确定；表6岩体（基本）质量分级本专利技术以现行《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）中地下工程围岩分级方法为基础，避开难以获得的参数，根据TBM施工过程中“岩-机-渣”三者之间的复合关系，寻求容易获得的掘进参数、渣料特征与岩体强度和完整性等围岩分级所需指标的关系，使工程人员能够相对准确、迅速的对围岩质量指标进行计算，从而依据现有成熟的围岩分级规范对隧洞围岩进行分级，实现TBM施工中隧洞的快速围岩分级。本方法科学合理、使用方便、易于操作、分级准确且有据可依，可大大提高现场岩体分级效率。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本专利技术所述的TBM隧洞岩体分级方法，依据《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）中的分类方法，以岩体基本质量指标BQ为准则，考虑岩体坚硬性和岩体完整性，同时考虑地下水、地应力、工程轴线的方位与主要结构面产状的组合关系作为修整因素，确定围岩的岩体质量；具体步骤如下：步骤1、所述岩体坚硬性是指岩体单轴饱和抗压强度，所述岩体单轴饱和抗压强度，依据岩体单轴饱和抗压强度与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系根据下式反演计算：；式中：—岩体单轴饱和抗压强度，；—滚刀数量，把；—滚刀直径，；—岩渣块径长，cm；—岩渣块径宽，cm；—岩渣块径高，cm；—岩渣片状含量，%；—刀盘推力，kN；—扭矩，kNm；—转速，rpm；—贯入度，mm/r；—刀盘直径，；步骤2、所述岩体完整性是指岩体完整性系数，根据所述岩体完整性系数与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系计算：以贯入度、片状岩渣含量、块状岩渣含量、岩渣长度、岩渣宽度为评价指标，以岩体完整性系数为待评价物元，建立多指标评价模型；把岩体完整性系数分为5级，分别为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎，对应于数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ级，对各个评价指标在岩体完整性分级之间的取值见表1所示；表1单因素指标岩体完整性系数分级为消除各指标量纲的影响，根据下式对各指标进行无量纲化处理；根据TBM隧洞施工特点及无量纲化可操作性，本专利技术采用优选的线性无量纲方法；（1）对于指标值越小越好的指标：（2）对于指标值越大越好的指标：式中：是指标的评价值（无量纲）；是指标的实际值（有量纲）；是指标的最大值（有量纲）；是指标的最小值（有量纲）；无量纲化后的单因素指标岩体完整性分级见表2所示；表2单因素指标岩体完整性系数分级（无量纲化）则各单因素评价指标对应的岩体完整性的量值经典域用有序的三元组表示：式中：是一个物元；是第个评价类别；是第个评价指标；是对应的取值范围，即经典域；即各单因素评价指标对应的岩体完整性的量值经典域如下：（1）岩体完整（Ⅰ）：（2）岩体较完整（Ⅱ）：（3）岩体较破碎（Ⅲ）：（4）岩体破碎（Ⅳ）：（5）岩体极破碎（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TBM隧洞岩体分级方法，其特征在于：依据《工程岩体分级标准》（GB50218‑2014）中的分类方法，以岩体基本质量指标BQ为准则，考虑岩体坚硬性和岩体完整性，同时考虑地下水、地应力、工程轴线的方位与主要结构面产状的组合关系作为修整因素，确定围岩的岩体质量；具体步骤如下：步骤1、所述岩体坚硬性是指岩体单轴饱和抗压强度，所述岩体单轴饱和抗压强度，依据岩体单轴饱和抗压强度与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系根据下式反演计算：

【技术特征摘要】
1.一种TBM隧洞岩体分级方法，其特征在于：依据《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）中的分类方法，以岩体基本质量指标BQ为准则，考虑岩体坚硬性和岩体完整性，同时考虑地下水、地应力、工程轴线的方位与主要结构面产状的组合关系作为修整因素，确定围岩的岩体质量；具体步骤如下：步骤1、所述岩体坚硬性是指岩体单轴饱和抗压强度，所述岩体单轴饱和抗压强度，依据岩体单轴饱和抗压强度与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系根据下式反演计算：；式中：—岩体单轴饱和抗压强度，；—滚刀数量，把；—滚刀直径，；—岩渣块径长，cm；—岩渣块径宽，cm；—岩渣块径高，cm；—岩渣片状含量，%；—刀盘推力，kN；—扭矩，kNm；—转速，rpm；—贯入度，mm/r；—刀盘直径，；步骤2、所述岩体完整性是指岩体完整性系数，根据所述岩体完整性系数与TBM设备参数、掘进参数和渣料形态参数之间的关系计算：以贯入度、片状岩渣含量、块状岩渣含量、岩渣长度、岩渣宽度为评价指标，以岩体完整性系数为待评价物元，建立多指标评价模型；把岩体完整性系数分为5级，分别为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎，对应于数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ级，对各个评价指标在岩体完整性分级之间的取值见表1所示；表1单因素指标岩体完整性系数分级为消除各指标量纲的影响，根据下式对各指标进行无量纲化处理；根据TBM隧洞施工特点及无量纲化可操作性，本发明采用优选的线性无量纲方法；（1）对于指标值越小越好的指标：（2）对于指标值越大越好的指标：式中：是指标的评价值（无量纲）；是指标的实际值（有量纲）；是指标的最大值（有量纲）；是指标的最小值（有量纲）；无量纲化后的单因素指标岩体完整性分级见表2所示；表2单因素指标岩体完整性系数分级（无量纲化）则各单因素评价指标对...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗栋，齐三红，郭卫新，杨继华，杨风威，姚阳，张党立，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41