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原文传递 TBM隧洞岩体分级方法

专利名称：	TBM隧洞岩体分级方法
摘要：	本发明公开了一种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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	黄河勘测规划设计有限公司
发明人：	苗栋;齐三红;郭卫新;杨继华;杨风威;姚阳;张党立
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910072259.X
公开号：	CN109725129A
代理机构：	郑州异开专利事务所(普通合伙)
代理人：	韩华
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	450003 河南省郑州市金水区金水路109号
主权项：	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；本发明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。
所属类别：	发明专利