本发明属于TBM掘进施工技术领域，具体涉及一种室内开展TBM岩爆试验的模拟方法。
背景技术：
岩爆是在一定的地质构造、地层岩性、地应力场和由于埋深洞室的施工开挖临空条件的变化，造成瞬间的岩石围压集中，改变了围岩应力状态条件下产生的能量释放。随着经济的飞速发展，大埋深山体隧道应用越来越广泛，而TBM以其高度集成的设备，先进快速的开发方式，在山体隧道开挖过程中应用越来越广泛。
针对TBM施工过程中岩爆防控的难题，国内外学者也做了大量的研究，研究方向主要集中在现场施工过程中岩爆的预测方法。而结合现场，能够采用物理实验方法同时满足地应力模拟和TBM模拟掘进探索岩爆的实验方法还不多。
为了有效的探索，岩爆与岩石特性、施工参数之间的关系，根据现场岩石特性，以降低岩爆为目标，指导现场TBM施工参数选型，设计了专门探索岩爆与施工参数关系、岩爆与地应力关系并指导现场施工的一种实验方法。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种室内开展TBM岩爆试验的模拟方法，其结构设计合理、紧凑，且能够仿真实现TBM施工过程中岩体和设备的相互作用，从而指导现场安全施工。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种室内开展TBM岩爆试验的模拟方法，包括以下步骤：
①模拟岩样制作：在TBM现场施工前，对施工地段进行勘探和测量，采集施工现场的岩石标本，分析施工现场的岩石标本的力学特性和成分比例，根据采集的数据参数制作具有一定透明度的人工岩样，且该人工岩样的脆性、硬度、强度和石英含量的各项指标参数与施工现场的岩石标本的参数相匹配，同时在人工岩样中适当位置安放应力应变传感器；
②加载模拟地应力：根据施工现场的隧道岩体所受到的地应力，采用机械式模拟三轴加载装置对人工岩样加载三轴模拟地应力，使得人工岩样承受的模拟地应力与施工现场隧道岩体所承受的地应力相当；
③模拟TBM掘进：根据施工现场TBM的掘进控制参数，采用微型TBM模拟掘进，在合理范围内选取掘进参数，从而有效仿真现场TBM掘进参数控制；在微型TBM模拟掘进过程中，实时观察、采集人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据；
④岩爆发生情况分析：根据岩爆发生情况，调整掘进参数，通过多组不同的掘进参数重复开展步骤③中的微型TBM的模拟掘进试验，在发生岩爆和未发生岩爆两种情况下，记录多组人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据；分析对比多组试验数据，总结岩样的力学特性和TBM掘进参数，指导施工现场TBM的掘进，并监控隧道岩体的应力应变情况，实时调整TBM的掘进参数。
在步骤①中，在施工现场的不同地段，分别采集岩石标本，分析岩石标本的力学特性和成分比例，分别制作不同透明的人工岩样进行微型TBM的模拟掘进试验。
在步骤①中，所述的人工岩样的成分包括松香、水泥和石英砂。
在施工现场的掘进过程中，实时监控隧道岩体的应力应变情况，当隧道岩体的应力应变数据与岩爆情况中的模拟采集数据相似时，则及时对隧道岩体进行加固预处理，并调整TBM的掘进参数。
在步骤④中，对于相同的人工岩样、相同的掘进参数的微型TBM模拟掘进试验，需重复3~5次，进而总结出该掘进参数下的人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
①本发明的整体设计合理，其能够针对深部巷道/隧道在TBM开挖过程中岩爆的关键影响因素，结合实际条进行模拟开挖实验，从而实现仿真现场TBM开挖的主要岩机相互作用关系，其包含刀盘推力，扭矩、护盾接触力、撑靴压力等因素对岩爆的影响，通过岩爆与岩样的应力应变的数据分析，指导现场安全施工。
②本发明针对整个施工现场不同区段的岩样进行分析，从而对各个不同的区段的施工现场的TBM给出合理的掘进参数，避免发生岩爆；并且在施工现场的TBM掘进过程中，实时监测岩体的应力应变情况，反馈监测结果，对于与岩爆发生时的岩样应力应变特征相似的情况下，及时调整掘进参数，并对施工现场的岩体加固预处理，保障TBM的安全掘进。
③本发明对于微型TBM模拟掘进试验中，在合理的范围内采用多组掘进数据进行分析，同时针对每组掘进数据进行3~5次试验，从而得出该掘进参数下的岩样应力应变的数据，大大提高了数据的准确性和可靠性，对于施工现场的TBM的掘进的安全性提供了可靠的参照和指导。
附图说明
图1为本发明的模拟方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例一：参见图1，本发明一种室内开展TBM岩爆试验的模拟方法，包括以下步骤：
①模拟岩样制作：在TBM现场施工前，对施工地段进行勘探和测量，采集施工现场的岩石标本，分析施工现场的岩石标本的力学特性和成分比例，根据采集的数据参数制作具有一定透明度的人工岩样，其采用松香、水泥、石英砂和水等材料混合浇筑而成，形成具有一定透明度的人工岩样，该人工岩样的脆性、硬度、强度和石英含量的各项指标参数与施工现场的岩石标本的参数相匹配，同时在人工岩样中适当位置安放应力应变传感器；
②加载模拟地应力：根据施工现场的隧道岩体所受到的地应力，采用机械式模拟三轴加载装置对人工岩样加载三轴模拟地应力，使得人工岩样承受的模拟地应力与施工现场隧道岩体所承受的地应力相当；
③模拟TBM掘进：根据施工现场TBM的掘进控制参数，采用微型TBM模拟掘进，在合理范围内选取掘进参数，从而有效仿真现场TBM掘进参数控制；在微型TBM模拟掘进过程中，实时观察、采集人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据；
④岩爆发生情况分析：根据岩爆发生情况，调整掘进参数，通过多组不同的掘进参数重复开展步骤③中的微型TBM的模拟掘进试验，在发生岩爆和未发生岩爆两种情况下，记录多组人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据；分析对比多组试验数据，总结岩样的力学特性和TBM掘进参数，指导施工现场TBM的掘进，并监控隧道岩体的应力应变情况，实时调整TBM的掘进参数，即在施工现场的掘进过程中，实时监控隧道岩体的应力应变情况，当隧道岩体的应力应变数据与岩爆情况中的模拟采集数据相似时，则及时对隧道岩体进行加固预处理，并调整TBM的掘进参数。
实施例二：在实际的施工过程中，由于巷道或隧道的施工长度较长，需要穿越不同的地质结构的区段，因此需要针对不同的地质结构的区段分别进行TBM掘进的模拟试验，从而有效的控制各个不同区段的TBM的掘进参数。本实施例是在实施例一的基础上，对该情况的模拟方法进行了以下详细说明：在步骤①中，在施工现场的不同地段，分别采集岩石标本，分析岩石标本的力学特性和成分比例，分别制作不同透明的人工岩样进行微型TBM的模拟掘进试验，从而针对不同的人工岩样的模拟掘进试验，得出与其相匹配的岩样应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据，进而针对施工过程中TBM在不同区段掘进的掘进参数进行有效的指导。
实施例三：为了提高掘进过程中的实验误差，确定合理的掘进参数，实现对岩爆情况的有效预警，在实施例一或二的基础上，在步骤④中，对于相同的人工岩样、相同的掘进参数的微型TBM模拟掘进试验，需重复3~5次，进而总结出该掘进参数下的人工岩样的应力应变数据和微型TBM的护盾、撑靴、刀盘的应力应变数据。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。