[发明专利]一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法

说明书

本发明公开了一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，包括步骤：一、获取岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合；二、建立岩体单轴抗压强度线性观测方程；三、采用线性拟合方法求解岩体单轴抗压强度线性观测方程中的线性相关系数；四、计算钻进过程相关系数；五、获取钻机在进行隧洞掘进时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合；六、根据岩体单轴抗压强度线性观测方程计算岩体的单轴抗压强度。本发明可通过钻机随掘数据快速确定隧洞沿线岩体力学强度变化，为施工现场精细化探测岩体强度测定提供了一种可靠且快速的原位测定方法，有助于后期的围岩加固方案的优化设计以及灌浆参数的优化。

技术领域

本发明属于岩体力学强度测定技术领域，具体涉及一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法。

背景技术

在地下空间工程、岩土工程以及水利工程中，钻孔灌浆被广泛运用在隧洞围岩加固和防渗处理上。如何精细化识别隧洞沿线岩体强度是围岩加固和防渗处理的关键。然而实际灌浆过程中，由于对隧洞沿线岩体力学强度的模糊以及不良地质构造位置不清楚，造成围岩支护参数和灌浆参数选取不合理，导致围岩坍塌、重复灌浆甚至灌浆失败。因此在诸多工程建设中，如何快速测定隧洞沿线岩体力学强度分布是确定围岩支护参数和、灌浆参数的关键所在，也是控制工程进度和投资的关键因素。

在诸多工程建设中，隧洞沿线岩体力学强度通常通过水压致裂、点荷载试验及常规室内岩体压缩破碎试验获取。上述方法存在诸多如试验测试价格昂贵、试验时间较长、误差较大以及耽误施工工序的缺点，现阶段上述方法的缺点未有较为成熟的解决手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，基于隧洞掘进过程中岩机相互作用本质，构建钻机随掘数据与岩体力学强度之间的关系表达式，从而实现隧洞岩体力学强度的随掘快速测定，在不影响工期的情况下为施工现场精细化探测岩体强度测定提供了一种可靠且快速的原位测定方法，有助于掘进过程中的施工设计优化和后期的围岩加固方案的优化设计以及灌浆参数的优化，使整体隧洞施工流程更加安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合：使用钻机在施工现场进行岩心取样，制作I个岩心试样；获取I个岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合，即{(UCS₁,F_n1,δ₁),(UCS₂,F_n2,δ₂),...,(UCS_i,F_ni,δ_i),...,(UCS_I,F_nI,δ_I)}，其中，UCS_i为第i个岩心试样的单轴抗压强度；F_ni为钻机在采集第i个岩心试样时的随掘压力；δ_i为钻机在采集第i个岩心试样时的钻头进给量，单位为m/rev；i为岩心试样的编号且i＝1,2,...,I；

步骤二、建立岩体单轴抗压强度线性观测方程：根据I个岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据钻头进给量数据集合建立岩体单轴抗压强度线性观测方程其中K为岩体单轴抗压强度线性观测方程线性相关系数；

步骤三、采用线性拟合方法求解岩体单轴抗压强度线性观测方程中的线性相关系数K；

步骤四、计算钻进过程相关系数：根据公式计算钻进过程相关系数f；其中，k为钻头扭矩与随掘压力的相关系数，k取2.0～10.0；μ为岩体摩擦系数；w为钻头的钻齿宽度；b为钻头的尺寸系数；M为钻头上的钻齿总数量，r_m为第m个钻齿的直径，m＝1,2,...,M；