技术领域
[0001] 本发明涉及隧道工程领域，具体是一种TBM围岩分类方法。
相关背景技术
[0002] 隧道施工中围岩分类是评价围岩岩体质量的一项重要的综合指标，在其近百年的研究历程中，提出的分级方法多达百余种。传统围岩分类方式(以BQ、HC等为代表)一般采用多因素法且分别将各单因素进行评分，并按一定方式进行汇总和综合评判的方式对围岩进行分类。该类围岩分类方式所选取的指标类似，且均包含基本的岩性构造信息、节理裂隙信息及地下水信息等几方面，而在双护盾TBM工况下，以上信息均难以有效采集，或采集的信息严重失真，因此该类围岩分类的评价方法难以适用于TBM隧道。另一类则是以评判掘进机工作条件为代表的围岩分类方法，具体讲应该归为对TBM掘进适宜性的评判，而非完全对客观围岩条件的评价。因此，寻找适用于TBM隧道施工的围岩分类方法显得尤为迫切。
具体实施方式
[0011] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0012] 如图1所示，TBM围岩分类方法，包括：步骤1、确定围岩分类判别因素，所述判别因素包括掘进参数、岩渣含量及地震波波速。
[0013] 无论是传统围岩分类还是TBM施工围岩分类，核心是围岩分类指标的选择和影响。对于TBM施工于封闭的环境，传统评价指标难以获取。本申请从涵盖“岩‑机‑渣”三个方面的围岩岩体特征(地震波波速)、掘进参数和出渣情况等因素，全面分析了表征TBM施工围岩质量的各因素选择依据。
[0014] ①岩渣根据TBM施工隧道岩渣特征分析发现，完整岩体的岩渣普遍以片状为主，裂隙岩体的岩渣块状明显增加，破碎岩体的岩渣则多以碎块状为主。因此，宏观判断岩渣的形态特征与岩体的完整性和岩体质量之间存在一定的关联性。
[0015] 如图2‑5所示，通过对岩体质量与不同形态岩渣含量之间的趋势关系分析发现：岩体质量与片状岩渣含量之间存在一定的正相关关系，岩体质量较好的岩体，片状岩渣含量普遍在60～80％左右，岩体质量较差的岩体对应片状岩渣含量明显降低，普遍低于10％；岩体质量与块状、碎块状以及岩粉状岩渣的含量具有一定的负相关关系，岩体质量较好的岩体对应块状、碎块状以及岩粉状岩渣含量偏低，岩体质量较差的岩体对应块状、碎块状以及岩粉状岩渣含量急剧增加。
[0016] 片状岩渣含量与岩体质量之间的相关性拟合如图6所示，岩体质量与片状岩渣含量之间的相关性最高，拟合曲线可信度可达0.906。因此，本实施例采用片状岩渣含量表征TBM隧道掘进过程中的岩体质量，以获取更高的准确度。
[0017] ②掘进参数掘进参数是由TBM掘进时产生的，在反映了当前TBM状态的同时与围岩条件密切相关，是表征隧道围岩岩体质量的重要参数。
[0018] 图7‑9为典型洞段掘进参数与围岩分类情况，图中浅灰色为Ⅲ类围岩，深灰色为Ⅳ类围岩，总推力、贯入度及贯推比三个掘进参数均随围岩条件的变化而变化。贯推比，即单位推力作用下的贯入度，与围岩条件对应性更好，当该值小于正常掘进值时，说明围岩条件好，掘进困难，反映了TBM掘进的适宜情况；而当该值大于正常掘进值时，则离散性较大。因而，本实施例采用贯推比表征TBM掘进时的围岩岩体质量。
[0019] ③围岩岩体地震波波速岩体地震波波速是地震波在岩体内的传播速度，可以综合反映岩体结构、完整性等特征。如图10所示某TBM隧道围岩地震波波速与岩体质量评分间存在线性关系，当拟合为y＝0.0365x‑78时，拟合直线可信度可达0.66。同时分析可知，当波速大于2800m/s时，线性关系吻合度较高，而当波速小于2800m/s时，岩体质量差，对应关系弱，分析这可能因造孔位置选取及围岩稳定性差时离散性较大有关。总体而言，岩体地震波波速仍能比较好的表征岩体质量。
[0020] 步骤2、基于判别因素建立综合分类模型，所述综合分类模型为：分别根据各判别因素确定围岩分类等级，若各判别因素确定的围岩分类等级均相同，则该分类等级为最终等级，若某一个判别因素与其余两个判别因素确定的围岩等级不同，则最终等级为其余两个判别因素确定的围岩等级降低一级。
[0021] 基于大量数据统计，本实施例的综合分类模型以表格形式表现为：TBM施工围岩三因素综合分类表
[0022] 上表围岩分类从Ⅱ类开始，某一项不在该类围岩区间时，围岩类别低一级。由于Ⅰ类围岩岩体质量好，结构完整，洞室围岩稳定，采用TBM掘进时存在掘进效率低等问题，需结合具体情况进行分析，在本实施例的分类中不包含该类围岩。
[0023] 步骤3、在TBM上安装地震波激发和接受装置，本实施例中地震波激发和接受装置设置在刀盘部位，在TBM后部出渣部位安装岩渣筛分装置。
[0024] 步骤4、安装完成后，启动TBM，并正常掘进，在TBM掘进过程中激发地震波震源，记录掌子面前方岩体地震波波速、岩渣含量及掘进过程中的贯入度和推力；根据贯入度和推力计算贯推比。
[0025] 步骤5、根据综合分类模型确定围岩分类。
