一种TBM卡机高风险预警方法技术

本申请提供一种TBM卡机高风险预警方法，包括建立基于破碎、松软、富水为基本特征的不良地质的TBM卡机高风险定性超前黄色预警；将TBM掘进过程中的推力F与设计最大推力Fmax的比值、扭矩T与额定扭矩Trat的比值作为预警阀值而建立定量主判别阀值指标、辅判别阀值指标，并提出各个阀值预警的对应关系，通过各个阀值预警的对应关系对TBM发布卡机高风险定量实时红色预警；定性超前黄色预警发布后，针对不良地质类型与特征研究超前处理预案；定量实时红色预警发布后，停机并按拟定预案进行超前工程处理后再掘进。该方法能较大程度规避TBM卡机事故，有效提高TBM的掘进效率。有效提高TBM的掘进效率。有效提高TBM的掘进效率。

【技术实现步骤摘要】
一种TBM卡机高风险预警方法


[0001]本申请涉及隧道施工
，尤其涉及一种TBM卡机高风险预警方法。

技术介绍

[0002]全断面隧道掘进机(TBM)是当前深埋长隧洞主要施工工法，在地质条件较适情况下，具有经济、快捷、安全的优点。但全断面隧道掘进机对破碎松软富水地层适宜性极差，往往造成卡机事故，TBM卡机后的脱困处理轻则数天，重者达数月甚至数年，会造成严重工期延误和巨大经济损失。因此，如何基于不良地质条件结合TBM关键掘进参数提前识别并预警TBM卡机高风险状态，及时采取工程处理措施，较大程度规避TBM卡机事故，对于提高TBM掘进效率、减小工程损失意义重大。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种TBM卡机高风险预警方法，旨在解决现有的TBM卡机判断预警不准确的问题。
[0004]本申请的技术方案是：
[0005]一种TBM卡机高风险预警方法，包括以下步骤：
[0006]S1，基于前期勘察、施工期揭示分析以及超前地质预报成果，建立基于不良地质的TBM卡机高风险的定性超前黄色预警；其中，不良地质卡机高风险分析预测提出“一类四因素”法：“一类”指围岩类别为特殊
Ⅴ
类，以破碎、松软、富水为基本特征；“四因素”指四类不良地质，归纳包括：断裂破碎带，强岩溶带，软岩、膨胀岩，砂化类、风化类及蚀变类松软岩；同时，不良地质导致卡机的灾害方式主要为围岩垮塌、围岩变形及涌突水(泥)；
[0007]根据前期地质勘察资料、施工期开挖揭示分析及超前地质预报(超前钻孔及物探)成果，当识别掘进前方存在上述不良地质条件时，应及时发布定性超前黄色预警，并密切跟踪围岩性状与掘进参数变化；
[0008]S2，依据TBM掘进过程中的推力F与设计最大推力Fmax的比值、扭矩T与额定扭矩Trat的比值作为预警阀值而建立定量主判别阀值指标、辅判别阀值指标，并基于实践提出各个阀值预警的对应关系，通过各个阀值预警的对应关系对TBM发布卡机高风险的定量实时红色预警；
[0009]其中，TBM作为一种机械设备，其推力与扭矩均有理论上设计值，当其掘进过程中的推力或扭矩达到一定比例设计值时，TBM将处于卡机高风险状态，据此原理提出掘进过程中的推力F与设计最大推力Fmax的比值、扭矩T与额定扭矩Trat的比值作为预警阀值，并基于实践提出阀值预警的对应关系，当满足其对应关系时，TBM卡机概率极高；
[0010]基于TBM中的不同卡机类型建立对应的主判别阀值指标、辅判别阀值指标的对应关系(或趋势特征)如下：
[0011]刀盘卡机：卡刀盘的趋势特征表现为扭矩T超过设定的正常值并不断增大，而推力F小于设定的正常值并逐步减小，且主判别阀值指标为T/Trat≥0.7、辅判别阀值指标为F/
Fmax＜0.4；
[0012]护盾卡机：卡护盾的趋势特征表现为推力F超过设定的正常值并不断增大，而扭矩T小于设定的正常值并逐步减小，且主判别阀值指标F/Fmax≥0.7、辅判别阀值指标T/Trat＜0.04；
[0013]刀盘和护盾均卡机：刀盘护盾双卡的趋势特征表现为推力F与扭矩T均超过设定的正常值并不断增大，且主判别阀值指标T/Trat≥0.7、F/Fmax≥0.7；
[0014]S3：应对策略：定性超前黄色预警发布后，需提前针对不良地质类型与特征研究超前处理预案，并密切关注围岩性状和TBM主要掘进参数(推力F、扭矩T)不利变化趋势；定量实时红色预警发布后，应停机按拟定预案进行超前工程处理，达到拟定处理目标后再行掘进。
[0015]本申请的有益效果：
[0016]本申请提供了一种TBM卡机高风险预警方法，其通过建立以不良地质超前识别预警为基础，以主要掘进参数推力和扭矩不利变化趋势并建立与相应设计工况比值的阀值判别标准，基于地质因素到掘进参数、从定性到定量、从超前到实时的TBM卡机高风险预警方法，理论性强，准确性高。同时，该方法基于机械设备基本原理，建立掘进过程中的推力F与设计最大推力Fmax的比值、扭矩T与额定扭矩Trat的比值为预警阀值，并不立足于某一台TBM设备，具有不同规模和类型TBM施工项目的普适性。此外，对某一具体TBM项目而言，该方法能够以不良地质超前识别为基础，建立预警阀值对应的具体推力F和扭矩T值，实时进行识别，操作简便、快捷。再者，该方法能够有效地规避TBM卡机事故或减轻卡机程度，还能够有效地提高TBM掘进效率，其对于减小工程损失意义重大。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的TBM卡机高风险预警方法流程示意图。
具体实施方式
[0019]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]实施例：
[0022]请参照图1，本申请实施例中提供了一种TBM卡机高风险预警方法，包括以下步骤：
[0023]S1，隧洞TBM掘进，获取围岩特性，获取方式包括基于前期地质勘察资料、施工期开
挖揭示分析及超前地质预报成果(超前钻孔及物探)，分析当前掘进掌子面前方是否存在不良地质，不良地质分析要点采用“一类四因素法”：“一类”指围岩类别为特殊
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类，以破碎、松软、富水为基本特征；“四因素”指四类不良地质条件，其包括：a、断裂破碎带，b、强岩溶带，c、软岩、膨胀岩，d、砂化类、风化类及蚀变类松软岩；其中，不良地质导致卡机的灾害方式主要为围岩垮塌、围岩变形及涌突水(泥)；
[0024]S2，当分析存在上述不良地质条件时，表明掘进前方洞段存在TBM卡机高风险围岩，发布定性超前黄色预警，结合不良地质类型和特征研究超前工程处理预案，并密切关注围岩性状和TBM主要掘进参数(推力F、扭矩T)的不利变化趋势；
[0025]S3，获取TBM的掘进参数并进行卡机高风险预警阀值分析判别：获取的TBM主要掘进参数包括推力F(KN)、设计最大推力Fmax(本实施例为31526KN)、扭矩T(KN
·
m)、额定扭矩Trat(本实施例为15719KN
·
m)。
[0026]根据本实施例，不同卡机类型对应的主、辅判别阀值指标的对应关系(或趋势特征)如下：
[0027]刀盘卡机：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TBM卡机高风险预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于前期勘察、施工期揭示分析以及超前地质预报成果，建立基于不良地质的TBM卡机高风险定性超前黄色预警；S2，将所述TBM掘进过程中的推力F与设计最大推力Fmax的比值、扭矩T与额定扭矩Trat的比值作为预警阀值而建立定量主判别阀值指标、辅判别阀值指标，并基于实践提出各个阀值预警的对应关系，通过各个阀值预警的对应关系对所述TBM发布卡机高风险的定量实时红色预警；S3，定性超前黄色预警发布后，提前针对不良地质类型与特征研究超前处理预案，并观测围岩性状和所述TBM的掘进参数的不利变化趋势；定量实时红色预警发布后，停机并按拟定预案进行超前工程处理，达到拟定处理目标后再进行掘进。2.根据权利要求1所述的TBM卡机高风险预警方法，其特征在于，在步骤S1中，所述TBM卡机的高风险定性超前黄色预警分析预测根据围岩类型和不良地质进行判断，若为设定的围岩类型和设定的不良地质，则发布定性超前黄色预警。3.根据权利要求2所述的TBM卡机高风险预警方法，其特征在于，在步骤S1中，设定的围岩类型包括破碎、松软、富水的岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家祥，周云，黄华，史存鹏，刘承新，陈长生，张海平，赵长军，刘咏弟，喻久康，杜理选，田雨杭，
申请(专利权)人：长江三峡勘测研究院有限公司武汉，
类型：发明
国别省市：