TBM施工条件下深埋隧洞围岩质量分级因子选取及分级模型建立

It is significantly different in terms of the relaxation depth, damage scale, self-stability of surrounding rock where the tunnel is excavated by TBM method and drilling-blasting method. In addition, for the reason that TBM tunnel is smooth,which lead to the result that the number and character of structural plane is not easly to be accurately obtained. So, It is not reasonable to classify the quality of TBM tunnel through the classification method which established based on drilling-blasting tunnel.In this paper,mechanical calculation and expert evaluation is used to determine the rock mass quality of deeply-lying TBM tunnel on the basis of finding out the engineering geological conditions of Lanzhou-Chongqing line. Then, the rock test, SEM/CT test, large physical simulation test, numerical simulation are carried out to analyze the factors which affect the TBM tunnel. Furthermore, factor sensitivity analysis of geological factors and TBM parameters are processed by using mathematical statistics, and key factors are extracted and the influence law of surrounding rock classification is reaveled.Finally, through the mathematical statistics of the surrounding rock classification results and the key factor, TBM surrounding rock classification model is established, and the supporting measures for different levels of the surrounding rock are suggested.

TBM法和钻爆法开挖的隧洞在卸荷松弛深度、破坏程度、围岩自稳定性等方面均显著不同，并且TBM隧洞由于岩壁光滑导致结构面数量、性状等指标无法准确获取，采用基于钻爆法而建立的常规围岩分级方法对TBM隧洞进行质量分级不尽合理。本课题针对如何确定TBM施工条件下的深埋隧洞围岩质量这一问题，通过兰渝线西秦岭等TBM隧洞调查，在查明工程地质条件基础上，结合力学计算、专家评判综合确定TBM洞室现场围岩级别；进而对可能影响TBM隧洞围岩分级的因子进行岩石力学试验、大型物理模拟试验、数值仿真试验，对试验结果采用数理统计进行因素敏感性分析、以及地质参数与TBM掘进参数相关性分析，提炼出易于获取的关键因子并揭示其对围岩分级的影响规律；最后通过现场围岩分级成果和关键因子的权重分配、反演拟合，建立TBM施工隧洞的围岩分级模型，并建议围岩支护措施，为TBM洞室安全施工提供可靠的理论依据。

TBM法和钻爆法开挖的隧洞在卸荷松弛深度、破坏程度、围岩自稳定性等方面均显著不同，采用基于钻爆法而建立的常规围岩分级方法对TBM隧洞进行质量分级不尽合理。本课题针对如何确定TBM施工条件下的深埋隧洞围岩质量这一问题，通过室内岩石力学实验、现场监测分析、电镜扫描、声发射测试、松弛深度检测，分析不同开挖条件下岩石的力学响应。研究结果表明：在岩石破坏断面形貌上，TBM开挖条件下的断口多为沿晶面擦花和切晶擦花，破坏机理以剪切为主，而钻爆法以拉断破坏为主；在岩石破坏点的响应时间上，TBM条件下岩石应力-应变曲线在峰值强度附近表现得较为平坦，即在峰值荷载附近表现出较强的变形能力而不发生宏观破坏，同时TBM条件下的声发射振铃数比钻爆法响应要晚，表明TBM开挖条件下围岩抗破坏的能力更强一些；在松弛深度方面，钻爆法开挖隧洞的围岩松弛深度大于TBM开挖的隧洞40cm～100cm。另外，通过现场调查和数据分析，提取了岩石强度、岩体结构、完整性、高地应力、高外水压力等关键因素，进行影响规律分析，并利用近 3 年时间连续跟踪、收集的大量地质资料，进行统计分析，归纳各因子的影响权重，建立了适用于锦屏二级水电站高地应力高外水压力条件下的围岩质量快速评价方法，通过现场应用，快速判定的结果与现场类别吻合率均达到 88%以上。最后，通过对大量掘进参数和现场实际围岩类别进行敏感性分析、反演拟合，结果表明:（1）在岩体质量预测中单纯依靠TBM掘进参数进行预测的回归方程拟合优度差，可靠性较低;（2）在TBM掘进参数基础上引入岩石强度因子后，预测分值的跨度范围能涵盖所有类别的围岩，预测模型可靠度显著提高;（3）建立了基于TBM掘进参数的岩体质量预测模型;（4）通过1600m长洞段的验证，模型预测结果与实际类别的吻合率能达到90.30%。该研究成果已成功应用于锦屏二级水电站引水隧洞的建设，为引水隧洞的支护设计和安全施工提供了技术支撑。在类似工程中具有推广应用前景。