一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统，涉及隧道工程领域。该方法包括：基于第一指标与预设第一指标的比较结果确定围岩基本类别；基于第二指标与预设第二指标的比较结果定量和/或定性确定围岩类别的不利地质类型；基于第三指标与预设第三指标的比较结果定量确定各不利地质类型的适宜性等级；第一～第三指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；TBM施工适宜性围岩的分类结果表示为：X为围岩基本类别分类结果，基于各不利地质类型的适宜性等级确定施工方式。该方法可实现快速且准确的对围岩进行分类，操作性强，具有推广应用价值，而且还可基于围岩的分类结果确定相应的工程处理措施。理措施。理措施。

【技术实现步骤摘要】
一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，尤其涉及一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统。

技术介绍

[0002]水工隧洞掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)工法相较于钻爆法施工对地质条件更加敏感，围岩的合理分类和评估是TBM工法的关键之一。在水利和岩土工程行业中，现行规范《岩土工程勘察规范》GB50021
‑
2001、《水利水电工程地质勘察规范》GB50487
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2008、《引调水线路工程地质勘察规范》SL629
‑
2014、《工程岩体分级标准》GBT50218
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2014、《水工隧洞设计规范》SL279
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2016等都将围岩分类作为重要内容。然而，当前主要评判因素是为隧洞围岩稳定性和支护措施服务，适用于钻爆法隧洞。钻爆法与TBM施工原理和工作环境相差较大，围岩破坏类型、加固措施差异明显。TBM工法设计和施工的围岩分类不仅取决于隧洞自然地质因素，还与掘进效率、掘进参数等密切相关。因此，现有围岩分类方法难以满足TBM施工适宜性围岩分类需求。
[0003]鉴于目前缺少与水工隧洞TBM施工相适宜围岩分类方法的现状，提供一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法和系统，以解决相关技术中围岩分类方法难以满足TBM施工适宜性围岩分类需求的技术问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]本专利技术的第一个方面提供了一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法。
[0007]本专利技术水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，包括步骤：
[0008]获取围岩的第一指标，将第一指标与预设第一指标进行比较，并基于第一指标与预设第一指标的比较结果确定围岩基本类别，所述第一指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；
[0009]获取围岩的第二指标，将第二指标与预设第二指标进行比较，并基于第二指标与预设第二指标的比较结果定量和/或定性确定围岩类别的不利地质类型，所述第二指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；
[0010]获取围岩的第三指标，将第三指标与预设第三指标进行比较，并基于第三指标与预设第三指标的比较结果定量确定各不利地质类型的适宜性等级，所述第三指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；
[0011]TBM施工适宜性围岩的分类结果按下式表示：
[0012][0013]其中，X为围岩基本类别分类结果，A、B、C
…
为围岩不利地质条件分类结果，i为围岩适宜性等级；
[0014]基于各不利地质类型的适宜性等级确定施工方式。
[0015]进一步的，基于围岩对TBM安全性和/或掘进效率的影响，所述不利地质类型定性分为：超硬岩、岩爆岩、断层破碎带岩、大变形围岩、突涌水/涌泥岩和高外水压力岩。
[0016]进一步的，基于各不利地质类型对TBM安全性和掘进效率的影响，将各不利地质类型的适宜性等级分为：一般、中、差和极差。
[0017]进一步的，对于超硬岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：
[0018]获取超硬岩的岩石单轴抗压强度值和/或摩擦性指数值；
[0019]将岩石单轴抗压强度值与岩石单轴抗压强度阈值进行比较，和/或将摩擦性指数值与摩擦性指数阈值进行比较；
[0020]基于岩石单轴抗压强度值与岩石单轴抗压强度阈值的比较结果，和/或摩擦性指数值与摩擦性指数阈值的比较结果确定超硬岩围岩的适宜性等级；
[0021]其中：当150MPa≤Rb≤200MPa和/或CAI＞4.0时，超硬岩的适宜性等级为差；当Rb＞200MPa时，超硬岩的适宜性等级为极差；
[0022]Rb为超硬岩的岩石单轴抗压强度，CAI为超硬岩的摩擦性指数值。
[0023]进一步的，对于岩爆岩，通过如下方式定性和定量确定围岩的适宜性等级：
[0024]获取岩爆岩的声响特征、破裂特征、爆坑最大深度、支护破坏程度和岩爆辐射能量；
[0025]将岩爆岩的声响特征与预设声响特征进行比较、破裂特征与预设破裂特征进行比较、爆坑最大深度与爆坑最大深度阈值进行比较、支护破坏程度与预设支护破坏程度进行比较、岩爆辐射能量与岩爆辐射能量阈值进行比较；
[0026]基于爆岩的声响特征与预设声响特征的比较结果、破裂特征与预设破裂特征的比较结果、爆坑最大深度与爆坑最大深度阈值进的比较结果、支护破坏程度与预设支护破坏程度的比较结果和岩爆辐射能量与岩爆辐射能量阈值的比较结果确定岩爆岩的适宜性等级。
[0027]进一步的，对于断层破碎带岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：
[0028]获取断层破碎带岩的断层破碎带宽度值；
[0029]将断层破碎带宽度值与断层破碎带宽度阈值进行比较；
[0030]基于断层破碎带宽度值与断层破碎带宽度阈值的比较结果确定断层破碎带岩的适宜性等级；
[0031]其中，当L＜2m时，断层破碎带岩的适宜性等级为一般；当2m≤L＜15m时，断层破碎带岩的适宜性等级为中；当15m≤L＜30m时，断层破碎带岩的适宜性等级为差；当L≥30m时，断层破碎带岩的适宜性等级为极差；
[0032]L为断层破碎带岩的断层破碎带宽度值。
[0033]进一步的，对于大变形围岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：
[0034]获取大变形围岩的变形量和预留变形量，并基于变形量和预留变形量的大小建立围岩变形判据，根据围岩变形判据初步确定大变形围岩的适宜性等级；
[0035]获取护盾摩阻力和TBM极限推力，并基于护盾摩阻力和TBM极限推力的大小建立护盾受力判据，根据护盾受力判据再次确定大变形围岩的适宜性等级；
[0036]其中，当u<
△
R时，大变形围岩的适宜性等级为一般；当u≥
△
R，且F
p
<F
T
时，大变形
围岩的适宜性等级为中；当u≥
△
R，且F
T
<F
p
<2F
T
时，大变形围岩的适宜性等级为差；当u≥
△
R，且F
p
≥2F
T
时，大变形围岩的适宜性等级为极差；
[0037]u为大变形围岩的变形量，
△
R为预留变形量，F
p
护盾摩阻力，F
T
为TBM极限推力。
[0038]进一步的，对于突涌水/涌泥岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：
[0039]获取突涌水/涌泥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，包括步骤：获取围岩的第一指标，将第一指标与预设第一指标进行比较，并基于第一指标与预设第一指标的比较结果确定围岩基本类别，所述第一指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；获取围岩的第二指标，将第二指标与预设第二指标进行比较，并基于第二指标与预设第二指标的比较结果定量和/或定性确定围岩类别的不利地质类型，所述第二指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；获取围岩的第三指标，将第三指标与预设第三指标进行比较，并基于第三指标与预设第三指标的比较结果定量确定各不利地质类型的适宜性等级，所述第三指标为与TBM安全性、掘进效率和/或地质指标相关的参数；TBM施工适宜性围岩的分类结果按下式表示：其中，X为围岩基本类别分类结果，A、B、C
…
为围岩不利地质条件分类结果，i为围岩适宜性等级；基于各不利地质类型的适宜性等级确定施工方式。2.根据权利要求1所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，基于围岩对TBM安全性和/或掘进效率的影响，所述不利地质类型定性分为：超硬岩、岩爆岩、断层破碎带岩、大变形围岩、突涌水/涌泥岩和高外水压力岩。3.根据权利要求2所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，基于各不利地质类型对TBM安全性和掘进效率的影响，将各不利地质类型的适宜性等级分为：一般、中、差和极差。4.根据权利要求3所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，对于超硬岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：获取超硬岩的岩石单轴抗压强度值和/或摩擦性指数值；将岩石单轴抗压强度值与岩石单轴抗压强度阈值进行比较，和/或将摩擦性指数值与摩擦性指数阈值进行比较；基于岩石单轴抗压强度值与岩石单轴抗压强度阈值的比较结果，和/或摩擦性指数值与摩擦性指数阈值的比较结果确定超硬岩围岩的适宜性等级；其中：当150MPa≤Rb≤200MPa和/或CAI＞4.0时，超硬岩的适宜性等级为差；当Rb＞200MPa时，超硬岩的适宜性等级为极差；Rb为超硬岩的岩石单轴抗压强度，CAI为超硬岩的摩擦性指数值。5.根据权利要求3所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，对于岩爆岩，通过如下方式定性和定量确定围岩的适宜性等级：获取岩爆岩的声响特征、破裂特征、爆坑最大深度、支护破坏程度和岩爆辐射能量；将岩爆岩的声响特征与预设声响特征进行比较、破裂特征与预设破裂特征进行比较、爆坑最大深度与爆坑最大深度阈值进行比较、支护破坏程度与预设支护破坏程度进行比较、岩爆辐射能量与岩爆辐射能量阈值进行比较；基于爆岩的声响特征与预设声响特征的比较结果、破裂特征与预设破裂特征的比较结
果、爆坑最大深度与爆坑最大深度阈值进的比较结果、支护破坏程度与预设支护破坏程度的比较结果和岩爆辐射能量与岩爆辐射能量阈值的比较结果确定岩爆岩的适宜性等级。6.根据权利要求3所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，对于断层破碎带岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：获取断层破碎带岩的断层破碎带宽度值；将断层破碎带宽度值与断层破碎带宽度阈值进行比较；基于断层破碎带宽度值与断层破碎带宽度阈值的比较结果确定断层破碎带岩的适宜性等级；其中，当L＜2m时，断层破碎带岩的适宜性等级为一般；当2m≤L＜15m时，断层破碎带岩的适宜性等级为中；当15m≤L＜30m时，断层破碎带岩的适宜性等级为差；当L≥30m时，断层破碎带岩的适宜性等级为极差；L为断层破碎带岩的断层破碎带宽度值。7.根据权利要求3所述的水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类方法，其特征在于，对于大变形围岩，通过如下方式定量确定围岩的适宜性等级：获取大变形围岩的变形量和预留变形量，并基于变形量和预留变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉杰，李秀文，曹瑞琅，刘立鹏，赵宇飞，张强，段庆伟，肖浩汉，张云旆，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：