TBM关键参数智能掘进系统的设计与实践

目前TBM智能掘进系统偏向于定制开发,耦合性较强,造成代码冗余高、复用率低、开发设计门槛高等诸多问题。为解决上述问题,设计了TBM关键参数智能掘进系统技术框架,采用低无代码模式降低开发门槛,通过模块化开发实现了系统较低的耦合度。在此基础上,以算法模型与系统软件分属不同服务的方式,集成来自不同算法开发人员的模型,实现了系统软件与算法模型的快速集成,用于TBM智能掘进过程中关键参数的预测及控制。实践表明,该系统在吉林引松项目TBM施工中应用效果良好,对提升TBM掘进效率具有重要意义。     

软弱千枚岩地段TBM掘进施工技术

为提高TBM在软弱千枚岩地段中的掘进速度,提高施工效益,从施工组织管理、调整TBM掘进参数、围岩坍塌的快速处理和设备改造4个方面介绍TBM在这种围岩中掘进的施工措施及技术。实践证明:通过设备改造和采用合理的掘进参数,能有效地提高TBM在软弱千枚岩地段中的掘进速度和施工效益。     

TBM在不同特性硬岩中的掘进速度

最近，韩国用TBM修建了一座引水隧洞，该隧洞位于抗压强度大于260MPa的围岩中。本文探讨了此类硬岩中TBM的净掘进速度和围岩特性之间的关系。分析得知测得的掘进速度与Schmidt硬度和RMR（RMR）为岩体等级－－校者注）互成比例。可以把围岩的这两种特性和现场应力情况看作很好的预测TBM在硬岩中的掘进速度的定量指数。     

基于围岩力学参数的TBM净掘进速率多元回归预测模型

TBM净掘进速率与围岩地质条件密切相关,特别是岩体力学参数。为研究TBM净掘进速率与围岩力学参数之间的内在联系,以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,选取岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、泊松比、变形模量等围岩力学参数,进行TBM净掘进速率与围岩力学参数相关性分析,得到相应的拟合关系式。在单因素分析的基础上,经过线性处理,建立TBM净掘进速率的多元线性回归预测模型。研究结果表明： TBM净掘进速率与围岩力学参数之间具有明显的线性相关性,TBM净掘进速率随单轴抗压强度、单轴抗拉强度和变形模量的增大而减小,随泊松比的增大而增大; TBM净掘进速率多元线性回归预测模型总体上精度较高,其预测误差在15%以内,且对不同围岩类型具有较强的适用性。研究成果能够为TBM施工性能评估提供新的参考。     

基于RMR岩体分级系统的TBM掘进性能参数预测

为解决由于地质条件原因造成TBM掘进效率低下的问题,基于吉林引松供水工程建立的TBM数据库,提出应用RMR岩体分级系统对TBM的掘进性能参数进行预测。通过回归分析的方法分别建立了RMR与TBM性能预测参数掘进速率(PR)、施工进度(AR)、利用率(U)以及贯入度指数(FPI)的经验公式。研究结果表明:RMR与PR、AR、U均呈现二次相关关系,RMR与FPI为线性关系,且相关系数均大于0.7;当RMR=50~70时,岩体具有较好的可掘性;当岩体条件较差(RMR30~40)或者岩体条件极好(RMR70~80)时,岩体的可掘性均较差;吉林引松工程TBM掘进的平均利用率为22.36%,与地质条件相关的停工时间约占总工期的25.97%。     

菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道TBM掘进效率回馈分析

本文叙述了菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道之工程内容、地质条件,并说明设计阶段推估之TBM掘进速率及TBM性能,就施工阶段之实际掘进速率回馈分析与研判并与推估值比较,探讨掘进速率、机械性能与地质条件之互制关系,验证现今国际上通用掘进速率推估方法之信赖度。本工程得以顺利在原预估之时程内如期如质完工,归功于事前地质条件之掌握,合理之契约工期订定,与承包厂商精湛之技术与应变能力,也同时为台湾在国际间提供TBM技术顾问服务竖立里程碑,及建立拓展海外技术输出之业绩与信誉,特藉本文提供两岸同业共享。     

单护盾TBM快速掘进条件分析

单护盾TBM在国外很多工程中得到了成功的应用,而在国内的应用则极少。根据引洮供水一期工程总干渠7#隧洞首台单护盾TBM施工的实际情况,重点从工程地质条件、设备配置、辅助工作、施工组织管理等方面进行分析研究,提出为满足单护盾TBM快速掘进所需注意的问题,总结单护盾TBM快速掘进所需条件。     

基于CSM改进模型的TBM刀盘关键参数相关性研究

为掌握TBM掘进参数与地质参数、操作参数、刀盘刀具设计参数的相关性,基于滚刀受力CSM模型,通过近似计算与推导,建立了滚刀破岩力与结构参数、TBM操作参数、地层强度参数σc的定量关系模型。同时,通过室内缩尺滚刀试验,对推导的模型参数关系进行验证。针对TBM掘进参数与围岩条件的匹配性关系,以大瑞铁路高黎贡山隧道TBM施工为依托,通过数据统计分析与对比,提出使用转矩与推力的比值作为判断地层完整性发生变化的依据。     

TBM掘进综合试验台的研制

刀盘刀具破岩技术是全断面隧道掘进机技术的核心,但是目前国内研究基础还比较薄弱。为了掌握滚刀破岩技术,需要在实验室内准确模拟滚刀破岩过程的试验台架。介绍TBM掘进综合试验台的主要结构、工作原理、主要技术指标、液压系统和信号检测系统等。试验台的建成将为我国TBM刀盘破岩技术及滚刀制造技术提供关键的试验设备。     

TBM在软弱围岩中掘进方向的控制

本文主要阐述了在软弱围岩石质中施工，TBM在掘进方向上易遇到的方向突变，纠偏困难，刀盘下陷等问题的原因及控制措施。     

TBM掘进中滚刀受力实时监测方法研究

由于掘进环境过于恶劣,TBM（tunnel boring machine）滚刀受力实时监测问题一直难以解决。文章根据对滚刀部件特征和荷载传递规律的分析,在C型垫块中嵌入应变计,提出有效的监测方法,并通过C型垫块的标定试验以及回转破岩试验,验证该监测方法的有效性和可行性。结果表明： 1）在不同贯入度下,根据受力监测方法得到的垂向荷载与油缸荷载大小稍有差别,但两者的变化趋势几乎是一致的,说明该监测方法具有可行性和有效性; 2）随着贯入度的增大,滚刀所受法向力和侧向力也在增大。     

南京地铁盾构机掘进与参数选择

阐述笔者在南京地铁一期工程TA15标段担任主司机期间对盾构机在不同施工阶段掘进时应注意的问题、参数的选择以及对掘进中遇到的问题的处理。     

中天山隧道TBM法掘进同步衬砌施工技术

由于中天山隧道具有独头掘进距离长,工期紧的特点,传统单工序作业的工法已不能满足项目要求,因此结合现场实际情况,提出了TBM法掘进同步衬砌施工的施工思路,为保证运输车快速安全的通过衬砌作业区,在台车的设计和边墙基础施工工艺上进行了创新,由于TBM施工段14km需独头掘进,常规的供水供电方案已不能满足要求,根据实际情况,进行了方案创新。为保证施工进度,对施工组织进行了细化,最后明确了需要进一步研究解决的问题,凸显该技术的经济、社会效益及发展前景。     

TBM施工条件下隧洞围岩分级方法研究与应用

隧洞围岩如何分级(或称分类),才能满足TBM施工条件下的隧洞施工需要,是一值得研究的问题。结合大伙房输水工程对TBM施工条件下的隧洞围岩分级,主要针对工程岩体的可掘进性进行研究,并在此基础上进行支护结构设计,这对TBM隧洞围岩的分级方法进一步研究和TBM隧洞施工都有利。     

中铁隧道集团成功破解TBM掘进与衬砌同步的世界性难题

中铁隧道集团在南疆铁路吐库二线中天山隧道施工中解决了TBM掘进与衬砌无法同步的世界难题，实现了TBM掘进与衬砌施工同步进行，获得TBM施工工艺的重大改进和突破。目前中铁隧道TBM掘进与同步衬砌施工工艺已申报国家工法专利。     

TBM刀盘的有限元参数化建模系统开发

针对设计和研究人员快速构建TBM刀盘有限元模型的需求,采用APDL与VC++可视化编程技术相结合的方法,在编制刀盘建模APDL程序的基础上,开发友好的人机交互界面,实现了VC++与ANSYS之间的参数传递,建立了一套可视性良好的TBM刀盘有限元参数化建模系统。以某型号直径4 m TBM刀盘为例构建有限元模型,验证了该系统良好的实用性和可靠性。通过对此建模系统的开发,可实现TBM刀盘数字化建模、分析等全套设计。     

磨沟岭隧道TBM在不良地质中掘进的探讨

主要针对TB880E掘进机在磨沟岭隧道出口施工中，遇到不良地质造成的病害处理方法，列举了一些施工中的措施，分析了怎样使掘进机在不良地质中能够安全，快速，高效地掘进，并提出了改进设想。     

长距离掘进软弱围岩的TBM刀盘扩挖技术

为解决全断面岩石隧道掘进机（TBM）在软弱围岩地层的适应性问题,应对由于围岩收敛变形导致的卡机和支护被破坏的风险,基于高黎贡山隧道TBM施工项目,从TBM装备角度提出了针对性设计方案。通过对比现有的TBM刀盘扩挖技术,提出边缘滚刀外移和预留扩挖刀箱组合设计方案,并结合一套同步抬升油缸系统和中间导向柱实现了刀盘的抬升扩挖设计。通过上述研究,使刀盘半径方向扩挖量达到100 mm,避免由于隧道底部扩挖导致的主机“栽头”现象,实现TBM在软弱围岩地质条件的长距离扩挖掘进。     

基于可拓学理论的TBM掘进效率地质影响因素研究

为研究地质因素对TBM掘进效率的影响,基于可拓学理论,选择了岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性、岩体完整性系数、结构面走向与掘进方向夹角及地下水渗流量5个指标作为TBM掘进效率地质影响因素的评价指标,将TBM掘进效率分为5个等级,进而建立TBM掘进效率地质影响因素物元模型。采用层次分析法对评价指标进行重要性排序,确定各指标的权重系数。通过对在建的厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞待评物元关于TBM掘进效率等级的关联度计算,并与实际掘进参数和掘进情况进行对比,得出与工程实际相吻合的结论。研究结果表明： 可拓学理论能较好地评价TBM掘进效率等级,并且采用层次分析法确定评价指标的权重系数是合理的。相关研究内容和方法可为TBM设备选型、工期进度安排及工程成本预算提供借鉴。