在TBM隧洞工程中,豆砾石是粒径为5~10mm的天然卵石或经人工破碎后的碎石填充料。工程中,豆砾石回填灌浆是TBM法施工成败的关键之一,在对豆砾石回填灌浆结石体取芯进行抗压检测时发现其抗压强度普遍低于设计强度。本文以兰州市水源地建设项目为依托,以豆砾石材料形态特征为研究对象,具体针对于吹填豆砾石至回填灌浆这一时间段内,结合实际存在的超逊径和岩粉含量等影响因素,配置豆砾石样本进行回填灌浆模拟试验,明确豆砾石形态特征量化指标和堆积体空隙率对回填灌浆结石体抗压强度的作用效应,进行豆砾石的质量探讨,实现通过改变豆砾石材料的配置提高灌浆质量和结石体强度。(1)豆砾石颗粒形态特征量化指标分为颗粒粒径、轮廓形状指标和棱角性指标三部分。做豆砾石堆积体空隙率对形态特征量化指标的相关性分析,得出对于豆砾石材料,空隙率对粒径、针度和棱角参数敏感性较大,均与之成正相关。(2)结合实际工程回填灌浆施工工艺,采用PFC模拟豆砾石回填环节,灌浆环节采用浆液灌注物理模拟试验。试验采用有压灌浆方式,对豆砾石结石体取芯进行单轴压缩试验,获取抗压强度。结果表明:豆砾石粒径越大,结石体抗压强度越小;岩粉含量与抗压强度曲线为抛物线;超逊径颗粒含量与抗压强度关系曲线有明显峰值。(3)做豆砾石结石体抗压强度单变量分析:粒径、针度、棱角参数指标与抗压强度成正比;堆积体空隙率与结石体抗压强度有较大相关性,回归曲线呈抛物线状,可用二者回归方程预估已知豆砾石堆积体空隙率下的结石体抗压强度。(4)做豆砾石结石体抗压强度多变量分析,选取针度和棱角参数指标为自变量,做抗压强度对其的二元回归分析,可用此回归方程预估已知豆砾石形态特征量化指标下的结石体抗压强度。根据所得影响因素和形态特征指标对结石体抗压强度的规律和作用效应进行豆砾石的质量控制。