一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法技术

本发明专利技术提供一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，涉及隧道掘进技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：S1、已建隧道工程掘进机掘进参数与围岩总评分参数采集；S2、计算掘进机贯入指数，统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系；S3、计算掘进机贯通指数，统计不同隧道工程掘进机贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系；S4利用贯入指数和贯通指数与隧道围岩总评分的统计关系，实时判识隧道掌子面围岩的稳定性。预先判识隧道围岩稳定性、提前采取措施处置对于提升隧道施工进度、确保隧道施工安全至关重要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进
，尤其涉及一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法。

技术介绍

[0002]隧道围岩稳定性是影响隧道掘进机设备工作状态的关键因素，隧道围岩失稳往往导致隧道掘进机被卡被困，但隧道围岩稳定性往往难以提前准确预判。目前，采用物探方法预报掘进机前方围岩稳定性的方法准确性不高，采用钻探方法预报掘进机前方围岩稳定的方法实施困难。隧道掘进机的掘进参数与隧道围岩稳定性有着潜在的映射关系，基于隧道掘进机的掘进参数预先判识隧道围岩稳定性、提前采取措施处置对于提升隧道施工进度、确保隧道施工安全至关重要。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，降低TBM卡困风险、提升TBM施工进度。
[0004]一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，具体包括以下步骤：
[0005]S1、对已建隧道工程掘进机掘进参数与围岩总评分进行参数采集：
[0006]所述掘进机掘进数据包括推力、扭矩、推进速度、刀盘转速、贯入度；
[0007]S2、计算掘进机贯入指数，统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系：
[0008]采用贯入指数FPI评价隧道围岩被滚刀刀刃贯入的难易程度，FPI的物理意义是单位贯入度单把滚刀载荷，所述贯入指数FPI的表达式如式(1)所示，单位为(kN/cutter)/(mm/r)。
[0009][0010]式中，N为滚刀数量，由刀盘设计时确定，cutter；F为掘进机推力，单位为kN；h为贯入度，即刀盘每旋转一转滚刀贯入岩石的深度，单位为mm/r。
[0011]统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系如式(2)所示。
[0012]FPI＝6.256e
0.025T
ꢀꢀ
(2)
[0013]式中T为隧道围岩总评分；
[0014]S3、计算掘进机贯通指数，统计不同隧道工程掘进机贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系：
[0015]定义开挖单位体积的岩石TBM刀具能量消耗作为贯通指数SEI，所述贯通指数SEI表达式如式(3)所示，单位为MJ/m3。
[0016][0017]式中，F
n
为单把滚刀垂直力，单位为kN；F
r
为单把滚刀滚动力，单位为kN；T1为刀盘扭矩，单位为kNm；R为隧道开挖直径，单位为m；R
i
为第i把滚刀的安装半径，单位为m。
[0018]统计不同隧道工程掘进机贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系如式(4)所示。
[0019]SEI＝26.786ln(T)
‑
63
ꢀꢀ
(4)
[0020]S4、利用贯入指数和贯通指数与隧道围岩总评分的统计关系，实时判识隧道掌子面围岩的稳定性：
[0021]根据贯入指数和贯通指数可实时判识隧道掌子面围岩的稳定性，判断标准如表1所示。
[0022]表1隧道围岩稳定性判断标准
[0023][0024]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0025]本专利技术提供一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，本专利技术利用隧道掘进机掘进参数即可实时判识隧道掌子面围岩稳定性，基于此隧道施工可提前及时采取超前加固和加强支护的措施，可有效避免掘进机在不稳定地层被卡被困事故的发生，有助于实现隧道掘进机安全高效施工。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中隧道围岩稳定性判识方法流程图。
[0027]图2为本专利技术实施例中不同隧道工程FPI和SEI与围岩总评分拟合关系图；
[0028]其中，图(a)
‑
隧道工程1统计分析图，图(b)
‑
隧道工程2统计分析图；
[0029]图3为本专利技术实施例中贯入指数与围岩总评分的拟合关系图；
[0030]图4为本专利技术实施例中贯通指数与围岩总评分的拟合关系图；
[0031]图5为本专利技术实施例中贯入指数和贯通指数随围岩稳定性的变化规律图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0033]一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
[0034]S1、对已建隧道工程掘进机掘进参数与围岩总评分进行参数采集：
[0035]所述掘进机掘进数据包括推力、扭矩、推进速度、刀盘转速、贯入度；隧道围岩总评分 T的确定方法见《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487
‑
2008)附录N围岩工程地质分类。
[0036]S2、计算掘进机贯入指数，统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分
的回归关系：
[0037]掘进机刀盘刀具破岩的必要条件之一是滚刀刀刃贯入岩石，采用贯入指数FPI(fieldpenetration index)评价隧道围岩被滚刀刀刃贯入的难易程度，FPI的物理意义是单位贯入度单把滚刀载荷，所述贯入指数FPI的表达式如式所示，单位为(kN/cutter)/(mm/r)。
[0038][0039]式中，N为滚刀数量，由刀盘设计时确定，cutter；F为掘进机推力，单位为kN；h为贯入度，即刀盘每旋转一转滚刀贯入岩石的深度，单位为mm/r。
[0040]统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系如式所示。
[0041]FPI＝6.256e
0.025T
[0042]式中T为隧道围岩总评分；
[0043]S3、计算掘进机贯通指数，统计不同隧道工程掘进机贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系：
[0044]掘进机刀盘刀具破岩的必要条件之二是刀盘公转驱动滚刀自转实现相邻刀刃见岩脊贯通剥落，TBM刀具将隧道掌子面上的环形岩脊贯通从而实现整个掌子面的开挖，从能量的角度讲是多把滚刀协同做功的过程。因此，定义开挖单位体积的岩石TBM刀具能量消耗作为贯通指数SEI(specific energy index)，用于评价隧道围岩被贯通的难易程度。所述贯通指数SEI 表达式如式所示，单位为MJ/m3。
[0045][0046]分布统计不同隧道工程掘进机贯入指数FPI、贯通指数SEI如图与隧道围岩总评分T之间的关系如图2所示，隧道围岩总评分T的确定方法见《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487
‑
2008)附录N围岩工程地质分类。通过不同工程数据统计分析，发现TBM贯入指数FPI 均与隧道围岩总评分T呈指数函数关系，掘进机贯通指数ESI均与隧道围岩总评分T呈对数函数关系，且拟合关系决定系数R2均大于0.7,表明拟合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于掘进机贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对已建隧道工程掘进机掘进参数与围岩总评分进行参数采集：S2、计算掘进机贯入指数，统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系：采用贯入指数FPI评价隧道围岩被滚刀刀刃贯入的难易程度，FPI的物理意义是单位贯入度单把滚刀载荷，所述贯入指数FPI的表达式如式(1)所示，单位为kN/cutter或mm/r；式中，N为滚刀数量，由刀盘设计时确定，单位为cutter；F为掘进机推力，单位为kN；h为贯入度，即刀盘每旋转一转滚刀贯入岩石的深度，单位为mm/r；统计不同隧道工程掘进机贯入指数与隧道围岩总评分的回归关系如式(2)所示：FPI＝6.256e
0.025T
(2)式中T为隧道围岩总评分；S3、计算掘进机贯通指数，统计不同隧道工程掘进机贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系：定义开挖单位体积的岩石TBM刀具能量消耗作为贯通指数SEI，所述贯通指数SEI表达式如式(3)所示，单位为MJ/m3；式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆亦龙，杨延栋，周凯，刘继强，周建军，江益辉，王承山，刘厚朴，蘧树清，李帅远，范文超，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：