本發明屬于TBM掘進施工技術領域，具體涉及一種室內開展TBM巖爆試驗的模擬方法。
背景技術：
巖爆是在一定的地質構造、地層巖性、地應力場和由于埋深洞室的施工開挖臨空條件的變化，造成瞬間的巖石圍壓集中，改變了圍巖應力狀態條件下產生的能量釋放。隨著經濟的飛速發展，大埋深山體隧道應用越來越廣泛，而TBM以其高度集成的設備，先進快速的開發方式，在山體隧道開挖過程中應用越來越廣泛。
針對TBM施工過程中巖爆防控的難題，國內外學者也做了大量的研究，研究方向主要集中在現場施工過程中巖爆的預測方法。而結合現場，能夠采用物理實驗方法同時滿足地應力模擬和TBM模擬掘進探索巖爆的實驗方法還不多。
為了有效的探索，巖爆與巖石特性、施工參數之間的關系，根據現場巖石特性，以降低巖爆為目標，指導現場TBM施工參數選型，設計了專門探索巖爆與施工參數關系、巖爆與地應力關系并指導現場施工的一種實驗方法。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述存在的問題和不足，提供一種室內開展TBM巖爆試驗的模擬方法，其結構設計合理、緊湊，且能夠仿真實現TBM施工過程中巖體和設備的相互作用，從而指導現場安全施工。
為達到上述目的，所采取的技術方案是：
一種室內開展TBM巖爆試驗的模擬方法，包括以下步驟：
①模擬巖樣制作：在TBM現場施工前，對施工地段進行勘探和測量，采集施工現場的巖石標本，分析施工現場的巖石標本的力學特性和成分比例，根據采集的數據參數制作具有一定透明度的人工巖樣，且該人工巖樣的脆性、硬度、強度和石英含量的各項指標參數與施工現場的巖石標本的參數相匹配，同時在人工巖樣中適當位置安放應力應變傳感器；
②加載模擬地應力：根據施工現場的隧道巖體所受到的地應力，采用機械式模擬三軸加載裝置對人工巖樣加載三軸模擬地應力，使得人工巖樣承受的模擬地應力與施工現場隧道巖體所承受的地應力相當；
③模擬TBM掘進：根據施工現場TBM的掘進控制參數，采用微型TBM模擬掘進，在合理范圍內選取掘進參數，從而有效仿真現場TBM掘進參數控制；在微型TBM模擬掘進過程中，實時觀察、采集人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據；
④巖爆發生情況分析：根據巖爆發生情況，調整掘進參數，通過多組不同的掘進參數重復開展步驟③中的微型TBM的模擬掘進試驗，在發生巖爆和未發生巖爆兩種情況下，記錄多組人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據；分析對比多組試驗數據，總結巖樣的力學特性和TBM掘進參數，指導施工現場TBM的掘進，并監控隧道巖體的應力應變情況，實時調整TBM的掘進參數。
在步驟①中，在施工現場的不同地段，分別采集巖石標本，分析巖石標本的力學特性和成分比例，分別制作不同透明的人工巖樣進行微型TBM的模擬掘進試驗。
在步驟①中，所述的人工巖樣的成分包括松香、水泥和石英砂。
在施工現場的掘進過程中，實時監控隧道巖體的應力應變情況，當隧道巖體的應力應變數據與巖爆情況中的模擬采集數據相似時，則及時對隧道巖體進行加固預處理，并調整TBM的掘進參數。
在步驟④中，對于相同的人工巖樣、相同的掘進參數的微型TBM模擬掘進試驗，需重復3~5次，進而總結出該掘進參數下的人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據。
采用上述技術方案，所取得的有益效果是：
①本發明的整體設計合理，其能夠針對深部巷道/隧道在TBM開挖過程中巖爆的關鍵影響因素，結合實際條進行模擬開挖實驗，從而實現仿真現場TBM開挖的主要巖機相互作用關系，其包含刀盤推力，扭矩、護盾接觸力、撐靴壓力等因素對巖爆的影響，通過巖爆與巖樣的應力應變的數據分析，指導現場安全施工。
②本發明針對整個施工現場不同區段的巖樣進行分析，從而對各個不同的區段的施工現場的TBM給出合理的掘進參數，避免發生巖爆；并且在施工現場的TBM掘進過程中，實時監測巖體的應力應變情況，反饋監測結果，對于與巖爆發生時的巖樣應力應變特征相似的情況下，及時調整掘進參數，并對施工現場的巖體加固預處理，保障TBM的安全掘進。
③本發明對于微型TBM模擬掘進試驗中，在合理的范圍內采用多組掘進數據進行分析，同時針對每組掘進數據進行3~5次試驗，從而得出該掘進參數下的巖樣應力應變的數據，大大提高了數據的準確性和可靠性，對于施工現場的TBM的掘進的安全性提供了可靠的參照和指導。
附圖說明
圖1為本發明的模擬方法的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細說明。
實施例一：參見圖1，本發明一種室內開展TBM巖爆試驗的模擬方法，包括以下步驟：
①模擬巖樣制作：在TBM現場施工前，對施工地段進行勘探和測量，采集施工現場的巖石標本，分析施工現場的巖石標本的力學特性和成分比例，根據采集的數據參數制作具有一定透明度的人工巖樣，其采用松香、水泥、石英砂和水等材料混合澆筑而成，形成具有一定透明度的人工巖樣，該人工巖樣的脆性、硬度、強度和石英含量的各項指標參數與施工現場的巖石標本的參數相匹配，同時在人工巖樣中適當位置安放應力應變傳感器；
②加載模擬地應力：根據施工現場的隧道巖體所受到的地應力，采用機械式模擬三軸加載裝置對人工巖樣加載三軸模擬地應力，使得人工巖樣承受的模擬地應力與施工現場隧道巖體所承受的地應力相當；
③模擬TBM掘進：根據施工現場TBM的掘進控制參數，采用微型TBM模擬掘進，在合理范圍內選取掘進參數，從而有效仿真現場TBM掘進參數控制；在微型TBM模擬掘進過程中，實時觀察、采集人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據；
④巖爆發生情況分析：根據巖爆發生情況，調整掘進參數，通過多組不同的掘進參數重復開展步驟③中的微型TBM的模擬掘進試驗，在發生巖爆和未發生巖爆兩種情況下，記錄多組人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據；分析對比多組試驗數據，總結巖樣的力學特性和TBM掘進參數，指導施工現場TBM的掘進，并監控隧道巖體的應力應變情況，實時調整TBM的掘進參數，即在施工現場的掘進過程中，實時監控隧道巖體的應力應變情況，當隧道巖體的應力應變數據與巖爆情況中的模擬采集數據相似時，則及時對隧道巖體進行加固預處理，并調整TBM的掘進參數。
實施例二：在實際的施工過程中，由于巷道或隧道的施工長度較長，需要穿越不同的地質結構的區段，因此需要針對不同的地質結構的區段分別進行TBM掘進的模擬試驗，從而有效的控制各個不同區段的TBM的掘進參數。本實施例是在實施例一的基礎上，對該情況的模擬方法進行了以下詳細說明：在步驟①中，在施工現場的不同地段，分別采集巖石標本，分析巖石標本的力學特性和成分比例，分別制作不同透明的人工巖樣進行微型TBM的模擬掘進試驗，從而針對不同的人工巖樣的模擬掘進試驗，得出與其相匹配的巖樣應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據，進而針對施工過程中TBM在不同區段掘進的掘進參數進行有效的指導。
實施例三：為了提高掘進過程中的實驗誤差，確定合理的掘進參數，實現對巖爆情況的有效預警，在實施例一或二的基礎上，在步驟④中，對于相同的人工巖樣、相同的掘進參數的微型TBM模擬掘進試驗，需重復3~5次，進而總結出該掘進參數下的人工巖樣的應力應變數據和微型TBM的護盾、撐靴、刀盤的應力應變數據。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的范圍內。本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。