CN109441470B - 双护盾tbm掘进隧道围岩回弹值测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，属于TBM隧道施工技术领域，提供一种新的针对双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法。本发明利用双护盾TBM掘进过程中管片上预留的回填孔，在相应管片安装完成并移走尾盾之后，且在吹填、灌浆前的时间间隙内，通过回弹仪并借助相应的延长杆，实现对回填孔孔底的岩体进行回弹值K测定，并根据所测定的回弹值K判定相应回填孔附近的围岩是否稳定。本发明具有测量方便、测量设备简单、测量结果直观，准确、测量过程无需停机也不会对隧道掘进施工产较大影响，可被广泛推广使用。

Description

双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法
技术领域
本发明涉及TBM隧道施工技术领域，尤其涉及一种双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法。
背景技术
在隧道掘进施工方式中，采用隧道全断面掘进机(TBM)已经成为目前最普遍的施工方式，TBM通常分为敞开式、单护盾式和双护盾式等。其中双护盾式TBM对地质条件的适应性最好，掘进与管片安装同时进行，能够绝对保证施工人员安全，因此是最为普遍采用的隧道掘进用TBM设备。但在双护盾TBM掘进过程中，往往难以对围岩特征及其变化情况进行直接观察和检测，导致在采用双护盾TBM掘进过程中难以有效地获得隧道围岩的稳定性结果，目前在双护盾TBM掘进中主要有以下几种方式对隧道围岩围岩稳定性进行评价判断：
(1)人工地震波激发测试围岩特性；但需要TBM停止掘进作业，地震探测数据的解释具有多解性，影响探测结果的因素众多，所以探测解译结论可靠性不高，甚至造成误判。
(2)微地震探测；其是通过接收岩体破裂释放能量发出的微弱声波信号，经信号处理后分析围岩特性。因施工现场各种干扰声源众多，测试分析结论可靠度不高，并且只能探测可能发生岩爆的坚硬围岩段，该方法也会对隧道掘进作业形成较为严重的干扰。
(3)利用TBM后盾侧面约0.1m2的观察窗，对围岩特性及其发展趋势进行观测，但也对隧道掘进作业会造成较为严重的干扰，观测人员存在安全隐患，其次观测范围非常有限，观察结果存在较大误差。
(4)地质工程师进入刀盘前隧道掌子面进行直接观察测绘，此方法观测范围大，直感性强，观测分析判断结论较为可靠，但仅适合于围岩较好并且稳定的隧道掌子面情况，否则观测人员存在较高的安全风险，而且需要停机进行观察，因此会严重影响隧道掘进作业效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，用以对双护盾TBM掘进隧道围岩稳定性进行评价。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，在双护盾TBM掘进过程中，所述围岩回弹值测试方法包括如下步骤：
步骤A、相应的管片安装完成后移走尾盾；
步骤B、通过管片上预留的回填孔向管片与岩壁之间的间隙吹填灌浆；
在上述步骤A和步骤B之间，还包括如下步骤C和步骤D：
步骤C、开启管片上对应的回填孔，并清理回填孔内的松散岩体；
步骤D、将一根刚性延长杆活动地插入到的回填孔内，并使延长杆的一端与回填孔的孔底接触，延长杆的另一端从回填孔穿出后与回弹仪的测量端固定连接，通过回弹仪测量该回填孔的孔底对应的岩体回弹值K；
根据所测的回弹值K判定相应回填孔附近的围岩是否稳定。
进一步的是：当K≥20时，判定相应的回填孔附近的围岩稳定性为稳定；当K＜20时，判定相应回填孔附近的围岩稳定性为不稳定。
进一步的是：所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1、先通过管片上预留的回填孔向管片与岩壁之间的间隙吹填碎石；
步骤B2、再通过管片上预留的回填孔向管片与岩壁之间的间隙灌浆；
所述步骤C和步骤D在步骤B1和B 2之间进行。
进一步的是：每个回填孔的孔底对应的岩体回弹值K取不少于三次测量后的平均值。
进一步的是：延长杆的直径为回填孔孔径的0.2～0.5倍。
进一步的是：所述延长杆为实心不锈钢柱。
进一步的是：延长杆与回弹仪的测量端通过连接套可拆卸连接。
进一步的是：需测定岩体回弹值K的回填孔至少包括管片的横截面上位于11点方向和1点方向上的回填孔。
本发明的有益效果是：本发明利用双护盾TBM掘进过程中管片上预留的回填孔，在相应管片安装完成并移走尾盾之后，且在吹填灌浆前的时间间隙内，通过回弹仪并借助相应的延长杆，实现对回填孔孔底的岩体进行回弹值K测定，并根据所测定的回弹值K判断对应围岩的稳定性。本发明具有测量方便、测量设备简单、测量结果直观，准确、测量过程无需停机也不会对隧道掘进施工产较大影响，可被广泛推广使用。
附图说明
图1为双护盾TBM掘进隧道的横截面示意图；
图2为回弹仪与延长杆的连接结构示意图；
图中标记为：管片1、回填孔2、岩壁3、延长杆4、回弹仪5、连接套6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1和图2中所示，本发明所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，在双护盾TBM掘进过程中，所述围岩回弹值测试方法包括如下步骤：
步骤A、相应的管片1安装完成后移走尾盾；
步骤B、通过管片1上预留的回填孔2向管片1与岩壁3之间的间隙吹填灌浆；
在上述步骤A和步骤B之间，还包括如下步骤C和步骤D：
步骤C、开启管片1上对应的回填孔2，并清理回填孔2内的松散岩体；
步骤D、将一根刚性延长杆4活动地插入到的回填孔2内，并使延长杆4的一端与回填孔2的孔底接触，延长杆4的另一端从回填孔2穿出后与回弹仪5的测量端固定连接，通过回弹仪5测量该回填孔2的孔底对应的岩体回弹值K；
根据所测的回弹值K判定相应回填孔附近的围岩是否稳定。
上述步骤A和步骤B为常规双护盾TBM掘进施工的顺序，一般在双护盾TBM掘进过程中，当管片1安装完成后移走尾盾后，需要通过预先在管片1上预留的回填孔2向管片1与岩壁3之间的间隙吹填灌浆，以填充管片1与岩壁3之间的间隙，确保管片1与岩壁3之间能有效接触承载。
本发明利用在上述步骤A和步骤B之间的施工间隙，通过管片1上预留的回填孔2，采用回弹仪5并借助相应的延长杆4，通过延长杆4伸入到回填孔2内，直接测量回填孔2的孔底对应的岩壁3的回弹值K，进而根据相应回填孔2对应的岩壁3的回弹值K判断相应岩壁3对应的围岩的稳定性，进而获得该回填孔2附近的围岩稳定性评价结果。
不失一般性，只需要通过沿隧道周向以及轴向，测定相应区域范围内对应的多个位置上的回填孔2所分别对应的岩壁3的回弹值K，即可获得隧道内相应区域范围内岩体的稳定性评价结果。
本发明中，步骤B通常可进一步分为如下步骤B1和步骤B2：
步骤B1、先通过管片1上预留的回填孔2向管片1与岩壁3之间的间隙吹填碎石；
步骤B2、再通过管片1上预留的回填孔2向管片1与岩壁3之间的间隙灌浆。
在上述分为步骤B1和步骤B2的情况下，本发明中的步骤C和步骤D可选择性地在步骤A与步骤B1之间进行或者在步骤B1与步骤B2之间进行。当然，当在步骤B1与B2之间进行步骤C和步骤D时，由于已经过步骤B1，即已经向管片1与岩壁3之间的间隙吹填有碎石，因此在进行步骤C时，需要先将回填孔2内对应的碎石清除，以避免对回弹仪5测量结果造成干扰。
更具体的，本发明在测量每个回填孔2的孔底对应的岩体回弹值K时，可测量多次，然后取多次结果的平均值，这样可提高测量结果的准确性。通常每个回填孔2的孔底对应的岩体回弹值K取不少于三次测量后的平均值。
另外，本发明中的延长杆4的作用主要是用于回弹仪5的测量端能有效地伸入回填孔2内与孔底岩体接触传力。为了降低延长杆4的弹性影响，本发明中优选采用刚性的延长杆4，及要求延长杆4的刚性较强，避免因延长杆4自身的弹性变形影响测量结果。具体的，本发明中可采用实心不锈钢柱作为延长杆。
另外，一方面延长杆4应当能够间隙地穿过回填孔2以避免孔壁与延长杆4接触后产生干扰；另一方面，延长杆4又需要具有较强的刚度，因此其直径不宜过小；综上，本发明中优选设置延长杆4的直径为回填孔2孔径的0.2～0.5倍，例如取为0.4倍，这样既能保证延长杆4能有足够的间隙穿过回填孔2，又能一定程度上确保延长杆4的刚度。
另外，本发明中延长杆4应当与回弹仪5的测量端为固定连接，并且应当为刚性连接，这样才能确保延长杆4能有效传递回弹作用。具体的，参照附图2中所示，本发明中进一步设置延长杆4与回弹仪5的测量端通过连接套6可拆卸连接；连接套6的两端具体可采用螺纹连接配合或者采用锥面过盈配合进行连接。
另外，通常情况下对于TBM掘进隧道施工而言，在施工过程中重点需关注隧道正上方的岩体稳定性；因此本发明在评价岩体稳定性时，优选针对隧道正上方区域位置的岩体稳定性进行评价。根据上述情况，本发明中进一步优选需测定岩体回弹值K的回填孔2至少包括管片1的横截面上位于11点方向和1点方向上的回填孔2；当然，不失一般性，在该情况下至少应当在管片1的横截面上位于11点方向和1点方向上预设有相应的回填孔2。其中，所谓管片1的横截面上位于11点方向和1点方向上的回填孔2，参照附图1中所示，具体指是以管片1横截面正上方方向分别沿圆周方向向两侧偏转30°后所对应的方向位置设置的两个回填孔2，具体可参照附图1中标记的两个回填孔2所示。通过测定上述方向位置上对应的岩体的稳定性，即可大致判断在该两个方向位置之间的岩体的稳定性结果，进而大致获得相应的隧道正上方的岩体的稳定性评价结果。
另外，不失一般性，在上述本发明所述的评价方法中，回弹值K的大小为作为判断相应围岩稳定性的参数。不失一般性，理论上回弹值K越大，对应的围岩稳定性越好，反之回弹值K越小，则稳定性越差。具体的，本发明中具体可优选回弹值K以20的值作判定围岩是否稳定的分界线，以得出围岩稳定情况的评价结果；即当K≥20时，判定相应的回填孔2附近的围岩稳定性为稳定；当K＜20时，判定相应回填孔2附近的围岩稳定性为不稳定。在实际测量和评价过程中，当然可进一步根据实际测定的回弹值K与20之间的差值大小，进一步获得围岩稳定性的相对程度。具体则是：回弹值K超过20后越大，其稳定性越好；回弹值K低于20后越小，其稳定性越差。
本发明所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，充分利用双护盾TBM掘进施工的间隙，并巧妙地通过双护盾TBM掘进过程中管片1上预留的回填孔2进行对相应岩体回弹值K的测定，同时利用回弹值K的测定结果判定相应岩体的稳定性；其具有测量方便、测量设备简单、测量结果直观，准确、测量过程无需停机也不会对隧道掘进施工产较大影响；可被广泛推广使用。

Claims (8)

1.双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，在双护盾TBM掘进过程中，所述围岩回弹值测试方法包括如下步骤：
步骤A、相应的管片(1)安装完成后移走尾盾；
步骤B、通过管片(1)上预留的回填孔(2)向管片(1)与岩壁(3)之间的间隙吹填灌浆；
其特征在于：在上述步骤A和步骤B之间，还包括如下步骤C和步骤D：
步骤C、开启管片(1)上对应的回填孔(2)，并清理回填孔(2)内的松散岩体；
步骤D、将一根刚性延长杆(4)活动地插入到的回填孔(2)内，并使延长杆(4)的一端与回填孔(2)的孔底接触，延长杆(4)的另一端从回填孔(2)穿出后与回弹仪(5)的测量端固定连接，通过回弹仪(5)测量该回填孔(2)的孔底对应的岩体回弹值K；
根据所测的回弹值K判定相应回填孔(2)附近的围岩是否稳定。
2.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：当K≥20时，判定相应的回填孔(2)附近的围岩稳定性为稳定；当K＜20时，判定相应回填孔(2)附近的围岩稳定性为不稳定。
3.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1、先通过管片(1)上预留的回填孔(2)向管片(1)与岩壁(3)之间的间隙吹填碎石；
步骤B2、再通过管片(1)上预留的回填孔(2)向管片(1)与岩壁(3)之间的间隙灌浆；
所述步骤C和步骤D在步骤B1和B 2之间进行。
4.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：每个回填孔(2)的孔底对应的岩体回弹值K取不少于三次测量后的平均值。
5.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：延长杆(4)的直径为回填孔(2)孔径的0.2～0.5倍。
6.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：所述延长杆(4)为实心不锈钢柱。
7.如权利要求1所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：延长杆(4)与回弹仪(5)的测量端通过连接套(6)可拆卸连接。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的双护盾TBM掘进隧道围岩回弹值测试方法，其特征在于：需测定岩体回弹值K的回填孔(2)至少包括管片(1)的横截面上位于11点方向和1点方向上的回填孔(2)。
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