本发明属于tbm隧道施工，具体涉及一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法。
背景技术：
1、随着我国水电、交通、能源等领域基础设施建设的不断规划与推进，一大批重大隧洞工程正朝着长距离、超埋深、大直径的方向发展。隧洞掘进机(tunnel boring machine，tbm)因其掘进速率快、生态环保性高、施工安全等优点，被广泛应用于隧洞施工，然而由于tbm对地质条件适应性差，任何岩体条件的细微变化都可能影响tbm掘进效率，如果在掘进时采取的掘进参数与地质条件不匹配，极易造成tbm卡机甚至掌子面塌方。
2、现在常规的tbm施工围岩可掘性评估模型，依据主要是基于岩石的力学参数，并非是考虑岩体参数，忽略了岩体中的节理裂隙等影响。而tbm掘进过程中，与刀盘直接交互的是掌子面岩体，其掘进参数反应的实际是岩体的岩体参数。且常规模型未曾关注岩石的耐磨情况，常规tbm施工围岩可掘性模型缺乏可靠性。
3、此外，目前隧道规范的围岩分类方法主要是参照钻爆法提出的，不能很好的适应tbm掘进方式以及围岩破坏状态，单纯的照搬旧的围岩分类标准很难满足tbm工程实际需求。
技术实现思路
1、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，提供一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，采用岩体参数，进行指标-掘进比能分级，计算方便，评估迅速，结果可靠，能够基于tbm掘进形态参数快速、准确的对在掘岩体进行可掘性评估，为工程人员制定更加科学系统的围岩开挖及优化支护方案提供了决策依据，便于推广使用。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、离线建立岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型，同时离线建立岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm的第二关系模型；
4、步骤二、在线构建在建工程tbm岩-机感知数据库；
5、步骤三、根据在建工程tbm岩-机感知数据库，计算tbm掘进比能setbm，再利用第一关系模型计算出岩体单轴抗压强度σcm，利用第二关系模型计算出岩石磨蚀性指数cai；
6、步骤四、以岩体单轴抗压强度σcm、岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm为评价指标，进行tbm施工围岩等级划分与可掘性评估。
7、上述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤一中，岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型为其中，第一关系模型的判定系数为r2＝0.861；
8、岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm的第二关系模型为其中，第二关系模型的判定系数为r2＝0.770。
9、上述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型、以及岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm的第二关系模型的确定过程如下：
10、步骤101、获取不同洞径完建tbm项目掘进原始数据、tbm设计参数与地质数据，tbm项目掘进原始数据包括刀盘总推力th和刀盘每转进尺prev，tbm设计参数包括护盾摩擦力f、刀盘直径dt、相邻滚刀间距s、刀盘中心滚刀的安装区域半径d1、刀盘中心滚刀数量n1、刀盘正面滚刀的安装区域半径d2、刀盘正面滚刀数量n2、刀盘量规滚刀的安装区域半径d3、刀盘量规滚刀数量n3和滚刀直径d；地质数据包括岩体单轴抗压强度σcm和岩石磨蚀性指数cai；
11、步骤102、根据公式计算刀盘修正系数k，其中，n为滚刀总数量且n＝n1+n2+n3；
12、步骤103、根据公式计算tbm掘进比能setbm；
13、步骤104、利用数学回归方法建立岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型其中，第一关系模型的判定系数为r2＝0.861；岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm的第二关系模型为其中，第二关系模型的判定系数为r2＝0.770。
14、上述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤二中，在线构建在建工程tbm岩-机感知数据库的确定过程如下：
15、步骤201、在线采集tbm掘进原始数据与tbm设计参数，tbm掘进原始数据包括刀盘总推力th和刀盘每转进尺prev；tbm设计参数包括护盾摩擦力f、刀盘直径dt、相邻滚刀间距s、刀盘中心滚刀的安装区域半径d1、刀盘中心滚刀数量n1、刀盘正面滚刀的安装区域半径d2、刀盘正面滚刀数量n2、刀盘量规滚刀的安装区域半径d3、刀盘量规滚刀数量n3和滚刀直径d；
16、步骤202、利用孤立森林算法对tbm掘进原始数据异常值进行清洗；
17、步骤203、对于tbm掘进原始数据缺失值，将前后距离最近两处数据与缺失值视为最小数据单元，进行线性插值处理；
18、步骤204、在线构建tbm岩-机感知数据库。
19、上述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤四中，以岩体单轴抗压强度σcm、岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm为评价指标，进行tbm施工围岩等级划分与可掘性评估的过程如下：
20、当tbm掘进比能setbm>30mj/m3、岩体单轴抗压强度σcm>185mpa、岩石磨蚀性系数cai>6时，tbm处于高比能掘进状态，围岩极硬，类别为ⅰ级，可掘性极差；
21、当tbm掘进比能20mj/m3<setbm≤30mj/m3、岩体单轴抗压强度90mpa<σcm≤185mpa、岩石磨蚀性系数4<cai≤6时，tbm处于较高比能掘进状态，围岩较硬，类别为ⅱ级，可掘性较好；
22、当tbm掘进比能10mj/m3<setbm≤20mj/m3、岩体单轴抗压强度30mpa<σcm≤90mpa、岩石磨蚀性系数2<cai≤4时，tbm处于中比能掘进状态，围岩良好，类别为ⅲ级，可掘性良好；
23、当tbm掘进比能setbm≤10mj/m3、岩体单轴抗压强度σcm≤30mpa、岩石磨蚀性系数cai≤2时，tbm处于低比能掘进状态，围岩破碎，类别为ⅳ级，可掘性极差。
24、本发明的有益效果是，采用岩体参数，进行指标-掘进比能分级，计算方便，评估迅速，结果可靠，能够基于tbm掘进形态参数快速、准确的对在掘岩体进行可掘性评估，为工程人员制定更加科学系统的围岩开挖及优化支护方案提供了决策依据，便于推广使用。
25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤一中，岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型为其中，第一关系模型的判定系数为r2＝0.861；
3.按照权利要求2所述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：岩体单轴抗压强度σcm和tbm掘进比能setbm的第一关系模型、以及岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm的第二关系模型的确定过程如下：
4.按照权利要求3所述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤二中，在线构建在建工程tbm岩-机感知数据库的确定过程如下：
5.按照权利要求4所述的一种基于掘进比能的tbm施工围岩可掘性评估方法，其特征在于：步骤四中，以岩体单轴抗压强度σcm、岩石磨蚀性指数cai和tbm掘进比能setbm为评价指标，进行tbm施工围岩等级划分与可掘性评估的过程如下：
