[发明专利]一种围岩原位测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种围岩原位测试装置及方法，测试装置包括采集装置和控制终端，采集装置包括压力盒、多个位移计和磁性底座，测试装置结构简单，对围岩力学性质进行测试时，只需将采集装置安装在TBM撑靴的外表面，采集装置的磁性底座的后端面吸附于撑靴的外表面，压力盒的前端面和多个位移计均与围岩接触，压力盒测量围岩所受的压力，位移计测量围岩和采集装置的压紧总位移，利用撑靴压紧围岩的过程，测试装置即可得到围岩的压力‑位移曲线，实现了在不影响正常施工并对已开挖隧道围岩几乎零损伤的情况下，实时、准确对围岩进行快速原位测试的目的。

技术领域

本发明涉及围岩测试领域，特别是涉及一种围岩原位测试装置及方法。

背景技术

随着社会经济和施工技术的快速发展，以及交通水利发展的迫切需要，应用TBM(Tunnel Boring Machine，全断面硬岩隧道掘进机)法修建的水工隧道、铁路隧道、交通隧道以及各种管线隧道大量出现。然而，TBM对围岩条件极为敏感，围岩强度直接影响TBM的掘进效率和滚刀磨损程度。在TBM法隧道施工过程中，因为对隧道沿线岩石强度地质勘测的不连续性，及实验室岩石强度测试结果的滞后性，导致隧道施工效率降低，施工成本上升，甚至会出现TBM卡机等施工问题。所以，在TBM掘进过程中获得实时、连续、准确的隧道沿线围岩强度参数并及时反馈给施工人员，对保证TBM施工效率和人员机械安全具有重要的意义。

目前，传统主流的TBM施工原位围岩强度参数获取方法需要现场对围岩钻孔取芯，经过切削打磨制成标准岩石样本，最后对样本进行室内试验获得岩石力学性质。近些年也出现了一些在施工现场原位测试的装置和方法：

申请号为201210309656.2的专利提供了一种围岩应力与位移集成采集装置，通过在钻孔中埋入与待测围岩弹性模量相近的多个球体并灌浆填缝隙，测量某点六个方向的应变来计算出该点的三维应力，得到测量点的应力与位移。

申请号为201610823130.4的专利提供了一种硬岩掘进装备围岩强度在线辨识方法，通过掘进装备传感信息，利用已有的围岩切削模型，辨识出掘进面围岩强度大小。

申请号为201811177140.0的专利提出了一种用于全断面硬岩掘进机隧道围岩强度原位快速测试方法，通过利用岩石测试仪穿过掘进机刀盘人孔，采用“四线四点”法对围岩强度进行原位测试获得数据，并计算得出围岩强度。

申请号为201910979186.2的专利提供了一种适用于TBM的围岩力学参数自动测试系统与方法，通过机器人抓取皮带机上输送的开挖岩渣进行现场磨蚀性实验以及抗压强度实验，得到包括围岩强度在内的围岩力学参数。

传统的钻芯取样实验室测试方法获得的围岩力学性质具有严重的滞后性，且试验过程耗时长，在掌子面附近取芯时影响TBM正常工作，无法满足TBM掘进对岩体力学性质快速、实时的测试要求；围岩强度在线辨识方法利用围岩切削模型计算所得到的围岩强度，其结果的准确性和精度有待进一步验证；利用岩石测试仪穿过掘进机刀盘人孔的原位快速测试方法，需要旋转刀盘使刀盘人孔依次停止在隧道掌子面3、6、9、12点钟方向，严重影响TBM的正常施工，导致掘进效率大大降低；通过机器人抓取皮带机上岩渣的自动测试系统，使用TBM刀盘切削后的岩渣获得围岩参数。由于经切割挤压的岩渣力学性能会发生改变，其测试结果与实际围岩强度存在较大误差。总体而言，现有的测试装置或方法在测试围岩力学性质时不能同时具备原位、快速、实时、准确、对施工无影响的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种围岩原位测试装置及方法，以实时、快速、准确地对围岩进行原位测试。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种围岩原位测试装置，所述测试装置包括：采集装置和控制终端；

所述采集装置包括压力盒、多个位移计和磁性底座；

所述压力盒的后端面和多个所述位移计均固定在所述磁性底座的前端面；