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。     

基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

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。     

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.     

运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究

目前盾构滚刀磨损的判断通常是经验性的。文章在文献[6]运用盾构掘进参数判断刀具损坏的分析计算方法基础上,进一步考虑了土舱压力的影响,对掘进速度和刀盘扭矩计算模型进行了修正;依托具体工程实例,运用修正计算模型分别对土压平衡盾构、泥水平衡盾构以及TBM等在硬岩中的掘进数据与滚刀情况进行了跟踪判别研究。结果表明,计算结果与滚刀磨损情况比较吻合,该方法对判断滚刀损坏具有可行性、参考性。     

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.     

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。     

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...     

TBM掘进煤矿运输巷道的施工技术

塔山煤矿在矿井开拓时期采用TBM掘进主要运输大巷道,并在施工过程中采用预制钢筋混凝土轨枕代替管片、部分喷混凝土加锚杆支护、将TBM掘进的圆形运输巷道扩挖成城门拱形的主平峒以及在遇到硬岩地段通过更换TBM的刀具,来减少硬岩对刀具的磨损等新的施工技术措施,从而保证了塔山矿井主运输巷道在掘进过程中能快速、高效、优质、安全施工,取得了良好的施工效果,为类似矿井的开拓建设提供了重要参考.     

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。     

轨道交通硬岩掘进技术（TBM）的应用研究

为提高轨道交通硬岩掘进效率、质量与安全性,对TBM在城市地下工程中的应用进行研究。首先,对TBM工作原理及关键技术进行分析;其次,结合实际案例,分析TBM在硬岩掘进中的应用效果;最后,通过案例工程施工效率和成本数据的对比,进一步验证TBM在城市地下交通工程中的显著优势。认为TBM在轨道交通硬岩掘进中有较高的可行性、经济性和安全性优势,可为城市交通基础设施建设提供可靠的技术支持。     

支撑式TBM与双护盾式TBM在设计选型中的比较

如何对硬岩隧道(洞)施工中使用的TBM进行设计选型?相信这是每个工程业主和设计院都需要面对的问题.通过对硬岩隧道(洞)掘进中,支撑式和双护盾式TBM的施工方法及设备功能包括对地质的适应性以及初期支护与混凝土衬砌型式、不良地质地段处理方法、出碴运输方式、环境影响等进行比较,并结合辽宁省大伙房输水一期工程输水隧洞施工中TBM的工程实践,提出了弥补支撑式TBM开挖和衬砌不能平行作业的改进构想,提出了采用栈桥式仰拱模板台车和全环内通式模板台车的施工方法.通过改进,可实现一模养生、一模浇注、第三模移动框架梁的作业工序.     

中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术

采用敞开式TBM施工的隧道,一般是在TBM掘进贯通后再进行二次衬砌.在南疆吐库二线铁路中天山特长隧道工程施工中,开发并成功地应用了敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术,缓解了本工程工期压力,解决了同步衬砌与TBM掘进施工相互干扰问题,开创了敞开式TBM施工的新模式.文章从衬砌台车选型设计、道岔选择与布置、TBM施工用管线穿行及施工通讯等几个方面,阐述了中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工的关键技术和总体施工方案,可为今后类似工程施工及决策提供参考.     

掌鸠河引水供水工程TBM施工段相关工程地质问题探讨

文章介绍了上公山隧洞TBM掘进过程中遇到的断层破碎带、节理密集带、软岩大变形、岩溶、地下水等主要工程地质问题,并详细地论述了相应的工程处理措施;同时指出,虽然TBM对于不良地质条件适应性较差,但只要给予足够的重视,借鉴以往TBM施工中取得的经验与教训,并针对不同的工程地质条件,分别采取相应的处理措施,TBM是可以安全、快速地通过不良地质地段的.     

TBM两级螺旋式刀盘出渣机制数值模拟研究

针对现有全断面岩石隧道掘进机（TBM）两级刀盘出渣缺乏合理的结构方案和优化设计方法，采用颗粒离散元方法构建数值模型模拟TBM两级刀盘出渣过程，并进行出渣缩比试验验证数值模型的可靠性。通过数值模拟研究出渣口排布与尺寸、螺旋形式与螺距、一/二级刀盘直径比、刀盘转速等因素对出渣性能的影响规律。结果表明：螺旋式结构是TBM两级刀盘有效的出渣结构方案；各因素对两级刀盘综合出渣性能的影响程度由大到小依次为刀盘转速>一级刀盘背部出渣口长度>后螺旋螺距。对于掘进直径为8 m的两级螺旋式刀盘，建议其最优结构形式和参数为：面、背部出渣口同位且有前后螺旋，后螺旋螺距0.85 m，一级刀盘背部出渣口长0.9 m，一/二级刀盘直径比不大于0.55，刀盘转速不大于6 r/min。     

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.     

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。     

盾构刀盘系统掘进性能评价方法研究

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价方法。文章首先提出了刀盘的掘进性能指标,建立了刀盘系统掘进的离散元仿真模型和掘进性能指标的获取方法;其次以五个刀盘掘进性能指标为评价因素,根据专家评分法确定因素的重要程度,以仿真和分析数据确定评价因素的等级指标和评价矩阵,并采用广义模糊合成算法对刀盘掘进性能进行模糊综合评价;最后以北京地铁砂卵石地层盾构隧道施工为例,采用模糊综合评价法得出辐条式盾构刀盘掘进性能优于辐板式盾构刀盘的结论。     

泥水盾构的掘进模式及操作

文章首先介绍了泥水盾构有两种掘进模式:泥水平衡式和D模式;对比了两种掘进模式的特点和适应范围;重点介绍了盾构操作的前提、准备工作和掘进中需要控制的主要项目:排浆泵流量和开挖面泥水压力的协调控制,盾构推力、刀盘压力、刀盘转速和掘进速度的协调控制,盾构掘进方向的控制,同步注浆的控制。     

Ghomroud隧道工程中双护盾TBM的围岩收敛与挤压预测

Ghomroud输水隧道是伊朗中部输水系统的一个新的组成部分,目前,该隧道正在采用双护盾TBM进行开挖。Ghomroud输水隧道全长36km,主要穿过侏罗纪时期的变质岩。Ghomroud输水隧道设计的难点在于:覆盖层厚度达650m,其构造应力有形成高围岩应力的潜在可能。为防止TBM在破碎围岩掘进中发生事故,有必要对隧道掌子面附近区域作用于双护盾TBM周围的围岩应力进行计算。由于隧道掌子面附近区域的应力与应变为3D状态,采用平面状态来考虑存在一定偏差。根据收敛约束法,通过在隧道周边施加假定应力来模拟隧道掌子面效应。本文在收敛约束法的基础上,引入了一种新的方法来计算隧道掌子面效应对隧道掌子面区域围岩应力分布的影响。采用该方法可以预测可能产生干扰护盾的临界区域沿Ghom-roud输水隧道分布。通过这种方法得出的结果与双护盾TBM在Ghomroud隧道施工中遇到的卡塞情况刚好吻合。