[发明专利]一种发生在隧洞TBM刀盘内岩爆的等级确定方法

说明书

本发明公开了一种发生在隧洞TBM刀盘内岩爆的等级确定方法，通过微震监测分析发生在TBM刀盘外不同等级岩爆的微震参数，计算微震能量、视体积和震级的平均值及离散系数，并进行不同等级岩爆的微震能量、视体积和震级的离散系数求和，将离散系数之和最小对应的微震参数作为TBM刀盘内岩爆等级确定的微震指标，将不同等级岩爆发生时该微震指标的平均值作为岩爆等级的分级标准。计算TBM刀盘内岩爆发生时该微震指标与不同等级岩爆分级标准的差值，差值最小对应的岩爆等级即为该岩爆的等级。使TBM刀盘内岩爆等级的确定可行且更为客观准确及时。本发明可用于隧洞工程岩爆监测分析与治理。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，更具体涉及一种发生在隧洞TBM刀盘内岩爆的等级确定方法。

背景技术

在地下空间的开发利用过程中，优先采用TBM进行快速施工已成为总的发展趋势。不同于常规钻爆法，TBM掘进广泛使用电子、信息、遥测、遥控等高科技技术对全部作业进行指导和监控，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，已广泛应用于各国能源、交通、城建、国防等部门地下工程建设。在一些发达国家，不少施工企业都明确规定，对于3km以上的隧洞，必须使用TBM开挖。随着国民经济的高速发展和国家建设需求，TBM施工隧洞大埋深的特点越来越显著，岩体所赋存的地质环境更为复杂，地应力更高，开挖诱发的岩爆灾害变得更加突出。岩爆是地下洞室在开挖或其他外界扰动下，聚积在岩体中的弹性变形势能突然猛烈释放，导致岩石爆裂并或弹射出来的现象，是一种复杂的动力型灾害，严重危害安全施工。岩爆等级是描述岩爆强烈程度与破坏规模的指标，是选取合理岩爆防止方法、正确制定岩爆防治策略和支护设计的基础和前提。岩爆等级通常划分为极强岩爆、强烈岩爆、中等岩爆和轻微岩爆，一般通过岩爆发生时造成的爆坑大小、岩块弹射、声音大小等进行确定。

TBM通过旋转刀盘并推进，使滚刀挤压破碎岩石。刀盘的直径与隧道断面基本一致，且刀盘具有一定厚度。当岩爆发生在TBM刀盘外时，可以通过测量爆坑大小、岩爆时伴随的声音、观测岩块弹射等现象准确确定岩爆等级。但当岩爆发生在TBM刀盘内时，由于刀盘的存在，无法进行爆坑大小测量或观测岩块弹射等现象。同时作业人员难以24小时在附近记录到岩爆发生瞬间的声音信息，且声音信息的判断受人为主观影响较重，因此，当岩爆发生在TBM刀盘内时难以准确确定其等级。

发明内容

本发明的目的就是为了解决TBM刀盘内岩爆的等级难以准确确定的问题，提供一种发生在隧洞TBM刀盘内岩爆的等级确定方法。

为实现上述目的，本发明所提出的一种发生在隧洞TBM刀盘内岩爆的等级确定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

在TBM隧洞内开展微震监测，监测发生在TBM刀盘外和刀盘内的所有不同强度的岩爆伴随的微震信号；

通过测量岩爆爆坑大小、观测到的岩块弹射或声音大小等现象确定发生在TBM刀盘外所有不同强度岩爆的等级；

通过对发生在TBM刀盘外所有岩爆伴随的微震信号进行分析，确定每个岩爆的微震能量、视体积和震级三类微震参数；

分别计算上述TBM刀盘外所有不同等级岩爆释放的微震能量、视体积和震级的平均值及离散系数；

进一步，分别将上述TBM刀盘外所有不同等级岩爆事件释放的微震能量、视体积和震级的离散系数进行求和；

比较上述求和后的微震能量、视体积和震级的离散系数，选择离散系数最小对应的微震参数，将该微震参数作为发生在TBM刀盘内岩爆等级确定的微震指标；

将上述TBM刀盘外不同等级岩爆发生时该微震指标的平均值作为发生在TBM刀盘内岩爆等级的分级标准；

通过微震监测确定在TBM刀盘内岩爆发生时该微震指标的大小，计算其与不同等级岩爆分级标准的差值，差值最小对应的岩爆等级即为该发生在TBM刀盘内岩爆的等级。