基于掘进能耗的TBM掘进参数优化研究

TBM掘进过程中,受地质条件的影响,掘进能耗差别较大,研究TBM掘进能耗对于实现经济、高效施工具有重要的意义。文章首先根据TBM工作原理,建立掘进能耗计算公式及掘进参数优化公式;其次以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,分析不同地质条件下的掘进能耗与贯入度的关系;最后根据大量的实测数据拟合贯入度与推力、刀盘扭矩的函数关系,并根据TBM掘进能耗、设备性能及围岩稳定性等对掘进参数进行优化。研究结果表明:随着围岩类别的降低,掘进能耗随之下降,Ⅲ类花岗岩相对Ⅱ类花岗岩掘进能耗下降约45%;掘进能耗随着贯入度的增加而降低,降低幅度逐渐减少;贯入度与掘进推力呈幂数关系,与刀盘扭矩呈线性关系。     

TBM掘进速率预测模型的比较

TBM钻掘隧道,对于地质状况非常敏感,营造厂在选择机器及投标时TBM的掘进速率预测是关键的,错误或误判可能会有严重的后果.文章将采用QTBM、NTNU及Alber三种预测模型预测曾文水库越域引水工程计划--东引水隧洞采用TBM挖掘所需工期及工程所需费用,并进行比较.NTNU模型与Alber模型所预测的掘进速率介于600～800 m/月之间,且不同的围岩所预测的掘进速率变化不大,即围岩性质对掘进速率不敏感,切刀推进力对掘进速率也不敏感;QTBM模型所预测的掘进速率变化很大,切刀推进力对掘进速率敏感;NTNU及Alber预测模型不适合用来预测有突水及严重挤压状况之TBM掘进速率,对于岩石坚硬但破碎之围岩亦不适合.     

基于Matlab的BP神经网络在预测TBM掘进速度中的应用

TBM的掘进效率受围岩特征和机器设备性能的影响,预测TBM的掘进速度需要考虑这两方面因素。由于地质环境具有不确定性,文章分别采用正态分布和指数分布模拟岩石单轴抗压强度UCS和岩石质量指标RQD的统计分布规律,利用Monte Carlo算法生成相应的随机输入参数;在考虑机器设备性能因素时,通过净推力和刀盘直径的比值,消除了不同机器设备之间性能因素的影响差异;基于围岩和机器性能两方面输入参数,在Matlab软件中建立了预测TBM掘进贯入度的BP神经网络模型。通过工程实例验证,模型的预测结果和实际情况比较接近。     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

TBM掘进数据标准化预处理方法研究

TBM信息化采集了海量数据,对TBM数据的标准化预处理是进行诸多研究的前提.基于此,提出了一种TBM掘进数据标准化处理方法,依托TBM现场施工掘进大数据,以破岩特征为依据选取基本掘进参数(刀盘转速、推进速度、刀盘推力及刀盘扭矩)分析掘进过程TBM数据特点,提出循环掘进过程空推段、上升段、稳定段及下降段起点的判别方法,对...     

TBM掘进数据标准化预处理方法研究北大核心CSCD

TBM信息化采集了海量数据,对TBM数据的标准化预处理是进行诸多研究的前提。基于此,提出了一种TBM掘进数据标准化处理方法,依托TBM现场施工掘进大数据,以破岩特征为依据选取基本掘进参数(刀盘转速、推进速度、刀盘推力及刀盘扭矩)分析掘进过程TBM数据特点,提出循环掘进过程空推段、上升段、稳定段及下降段起点的判别方法,对稳定段起点提出了标准差法判别方法、均值判别方法、直方图判别方法,满足实时和非实时的数据划分需求。最后对两个TBM工程的数据进行标准化预处理,实现施工大数据的标准化。结果表明,提出的标准化预处理方法可实现循环掘进过程数据的有效划分。研究成果可推广应用于众多TBM工程的数据标准化处理,有效实现机器学习数据库的建立。     

基于TBM工法的隧洞工程进度定量分析——以引红济石隧洞工程TBM段为例

文章结合QTBM理论,对引红济石隧洞工程前期的开挖进度数据进行了分析统计,结果表明:该工区TBM在Ⅲ类、Ⅳ类围岩中掘进速率较为稳定,而在V类围岩中掘进速率较低;同时,获得了适合该工区的岩体品质参数以及TBM净掘进速率、平均使用率等相关参数;并据此对该工程TBM待开挖段的工程进度进行预测,预测表明剩余6600m的开挖尚需...     

超长隧洞TBM施工关键技术研究

"引黄入晋"隧洞工程作为大规模集中采用TBM施工的大型引水工程,创造了TBM累计掘进124 km的新纪录,开创了TBM施工技术在我国广泛应用的先河.文章以此工程为范例,介绍了TBM用于超长深埋岩石隧洞施工的若干关键技术,并就TBM适用条件、隧洞衬砌理论、掘进参数确定等进行了分析和研究,可为其它类似工程提供借鉴与参考.     

岩质地层盾构掘进施工控制参数分析

盾构机掘进施工参数的影响因素繁多,盾构机各参数之间的相关性研究主要以理论分析为主,盾构掘进施工参数的影响因素与影响机制难以阐明。文章对大连岩质地层中土压平衡盾构掘进施工控制参数进行了收集与分析,结果表明:盾构机的总推力与顶推速度、刀盘转速与刀盘扭矩以及螺旋输送机转速与其扭矩的相关性均不显著;因岩质地层中土拱效应明显,盾壳与围岩之间的摩阻力较小,总推力主要用于提供刀盘与开挖面之间的水平相互作用力;盾构机的螺旋输送机转速与盾构机顶推速度之间的相关性显著;螺旋输送机通过转速来调整土舱饱满度,进而影响开挖面上被切削的土体进入土舱内的难易程度,因此螺旋输送机的渣土输出效率对顶推速度与刀盘扭矩影响明显。     

预测TBM掘进速率的难点及对策研究

结合TBM施工方法的特点,分析研究了制约准确预测掘进速率的三个因素:岩体条件的不确定性、机一岩相互作用的复杂性和施工过程的多变性.以Maen隧道为例研究发现.TBM的净掘进速率PR分布具有随机性.根据这一特点,提出了基于风险评估方法的TBM施工决策方法,即应用定量的风险评估方法(DAT模型)来预测采用TBM施工的工期和成本的概率分布情况.业主和施工方可以据此来决策是否选择用TBM法,从而实现是否选用TBM法施工的科学决策.     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

TBM施工深埋隧洞围岩分类方法初探

文章针对TBM施工隧洞的围岩分类问题,分析了西南某水电站深埋隧洞影响洞室稳定性的因素,以<水利水电工程地质勘察规范>中的围岩分类方法(HC分类)为基础,依据岩石单轴抗压强度、岩体的完整性系数、岩体结构为主要因素来探讨适合TBM施工深埋隧洞的围岩分类.     

Analysis on Ground Surface Deformation and Influence of Construction Parameters Caused by Two Different Shield Machines in Double-tube Tunnelling北大核心CSCD

Based on a shield-driven running tunnel project of Hangzhou Metro Line 2, this paper carries out field measuring of the ground surface deformation caused by two different shield machines in double-tube tunnelling in soft soil areas, obtains the laws of the surface deformation caused by shield-driven double-tube tunnelling and verifies the applicability of the modified Peck formula to double-tube tunnelling. The results show that in soft soil areas the impacts on ground surface deformation caused by different shield construction parameters in the previously and subsequently excavated tunnels are different, while the surface deformation changes sharply before and after the shield machine passing through the cutting face, and a rebound phenomenon occurs when the shield tail passes through the cutting face due to the influence of the grouting; The cutterhead torque of the shield machine in soft soil areas can be composed of five calculation factors, and the calculation results are in good agreement with the measured values. The larger the opening rate of the shield cutterhead is, the larger the average torque value will be, the higher the percentage of large ground loss rate will be, and the larger the maximum ground surface settlement will be; The ratio of cutterhead torque T to mucking volume per ring Q is used as the control parameter for analyzing the ground surface settlement, and a certain positive correlation between the ratio and the surface settlement value is determined, the smaller the cutterhead opening rate is, the more accurate the fitting results will be. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。     

硬岩隧道掘进机常见机械故障分析及相应处理方法

文章对能够造成硬岩隧道掘进机(TBM)在掘进中调向失控、刀盘不能启动、刀盘突然停转以及护盾不能正常工作等多种机械故障的原因进行了分析,并提出了切实可行的解决方案,对日后同类型TBM的施工有参考作用。     

超前地质预报在TBM施工中的应用

TBM隧洞施工法与常规钻爆开挖方法相比具有高效、优质、安全、经济、环保和低劳动强度等优点。TBM施工对地质状况非常敏感,在深埋长大隧洞TBM施工中,经常遇到不良地质体,如大规模塌方、涌水,岩爆等,都会严重影响TBM正常的掘进施工。为保证TBM施工安全,需要实时对不良地质体进行超前地质探测和超前地质预报,判断可能发生施工地质灾害的相对位置、规模和严重程度等,以便提前做好技术准备,指导TBM施工。文章介绍了超前地质预报在东北某工程TBM施工中的应用技术。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞.隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式.隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题.文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题.通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

基于层次分析的可拓学理论围岩大变形预测方法及应用

围岩大变形是地下工程建设中地质灾害的一种,为探讨准确而快速地预测围岩大变形,文章将层次分析法和可拓学理论方法与围岩大变形预测相结合,建立了基于层次分析的可拓学理论围岩大变形预测方法。该方法是在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,通过选取能够反映和体现围岩大变形的几项重要参数指标(本文选取岩石单轴抗压强度、主应力值、强度应力比、弹性模量四项指标),建立围岩大变形预测的物元模型,结合层次分析法来确定各因素的权重值,通过实际围岩大变形等级的关联度计算,最终确定围岩大变形等级;并与模糊层次分析法取得的围岩大变形结果进行对比分析。该方法能够运用一定的基础数据对围岩大变形作出预判,对工程建设可起到一定的指导作用。