TBM施工超硬岩分类指标和确定方法研究

超硬岩分类指标和确定方法是TBM施工围岩分类需要关注的重要问题。完整岩体中隧洞施工，岩石坚硬程度和摩擦性是影响TBM掘进状态的主因。基于国内外TBM掘进预测模型和典型工程实测数据，重点分析岩石单轴抗压强度与TBM净掘进速度、现场贯入度指数的关系和敏感性，分析岩石摩擦性和TBM刀具磨损程度，讨论适用于划分超硬岩类别的阈值。综合分析岩石坚硬程度和摩擦性对TBM施工的影响，提出2类超硬岩划分标准： 一类是单独由岩石坚硬程度决定的超硬岩（H₁），建议按单轴抗压强度UCS>200 MPa确定； 另一类是由岩石坚硬程度和摩擦性共同决定的超硬岩（H₂），建议按单轴抗压强度UCS>150 MPa且摩擦性指数CAI>4.0确定。     

岩渣分类边缘终端轻量化算法研究

为达到掘进过程中掘进机可实时预测前方地质状况的目的,以实际工程案例的岩渣图片数据为基础,分析传统神经网络模型的结构特征,自主设计轻量化网络模型,并对岩渣图片进行训练,使用岩渣图像数据调整Mobilenet轻量化网络模型参数。结果表明:1)传统的神经网络算法参数量多,占用内存量大,无法在现场部署算力有限的岩渣识别边缘终端,而自主设计的轻量化网络可以满足现场岩渣图像分类准确性的要求;2)Mobilenet轻量化网络模型比传统网络模型减少了80%～90%的计算量,但岩渣图像分类准确性达到97%。     

TBM掘进参数智能控制系统的研究与应用

目前TBM智能化作业水平较低,无法实现岩体信息实时感知以及掘进参数的智能决策,影响TBM掘进效率,卡机、涌水突泥等安全事故也时有发生。为解决上述问题,研发一套TBM掘进参数智能控制系统,通过分析岩体状态参数与TBM掘进参数的相关关系,采用数据挖掘的方法建立岩机信息感知互馈模型; 在此基础上构建智能决策控制体系,实现掘进参数的预测以及掘进状态评价; 通过手动或自动控制模式对TBM掘进参数进行优化调整,使TBM保持安全高效的掘进状态。该系统软件在引松供水工程TBM施工中应用效果良好,对提高TBM掘进效率和保障施工安全具有重大意义,可为TBM隧道的科学化、智能化施工提供指导。     

CCS水电站引水隧洞双护盾TBM施工围岩分类研究

为了对双护盾TBM隧洞施工中的围岩进行分类,以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,参考RMR围岩分类方法,通过伸缩护盾的间隙和刀盘的空隙对洞壁和掌子面围岩进行观测,结合岩渣及掘进参数,获取岩石的质量指标RQD、节理间距和节理性状等信息。通过综合分析,选取岩石的回弹值、围岩的完整性、岩石的质量指标RQD、刀盘推力、刀盘扭矩、片状岩渣含量和地下水渗流量作为围岩分类的指标,然后对7个指标分别赋值,建立围岩的分类标准,并通过求和的方法进行综合围岩分类。分类结果表明:选取的7个指标可以克服双护盾TBM施工时无法对围岩进行全面地质素描的困难,可以满足TBM快速施工的需要,并且能较真实地反映围岩的情况,分类结果可靠。     

厄瓜多尔CCS水电站TBM法施工引水隧洞工程地质条件及问题初步研究

TBM法隧洞施工具有快速、高效、安全和环保的技术特点,但TBM施工地质适应性差,往往由于工程地质条件原因影响TBM的掘进效率,在TBM施工之前非常有必要对工程地质条件进行研究。以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,分析岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性和岩体的完整性等指标,得出该隧洞的地质条件适合TBM施工的结论。并根据工程区域的工程地质条件,分析施工可能遇到的工程地质问题,主要包括岩爆、断层破碎带塌方、软岩大变形、涌水、高地温及有害气体5个方面,并针对性地提出在各种不良地质条件下的预防措施和施工对策。     

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。     

节理密集带地质硬岩TBM刀盘损坏形式及对策

为解决硬岩TBM在硬岩节理密集带地质段施工时,刀盘刀具损坏严重、施工效率低下、施工成本增加问题,针对中天山铁路工程硬岩TBM节理密集段现场施工情况,分析刀盘刀具的主要损坏形式及主要原因,并采取相应的改进措施,使硬岩TBM在节理密集带地质段掘进顺利进行,保证了施工进度,降低了施工成本,对类似工程具有一定的借鉴作用。     

基于主成分分析与BP神经网络的TBM围岩可掘性分级实时识别方法研究

TBM 围岩可掘性等级实时在线识别和预警对TBM 安全高效以及智能化掘进意义重大,基于新疆EH 隧洞工程直径为7. 0 m 的敞开式TBM 实际掘进数据与地质数据, 通过TBM 掘进性能与施工风险的特征参数指标对围岩进行可掘性分级。在对不同围岩 下区分度较好的掘进参数进行主成分分析之后,获得表征围岩可掘性等级的2 个主成分指标,并在此基础上构建BP 神经网络对围 岩可掘性等级进行识别。同时,为提高模型响应速度,设计了一个MATLAB 程序,从而获得了实用性较强的围岩可掘性等级实时识 别方法。     

基于现场试验的TBM滚刀磨损分析及预测

为准确判断和预测滚刀磨损生命周期,指导TBM安全、高效施工,采用现场跟踪试验和理论预测模型相结合的方法对滚刀磨 损进行分析研究。 由滚刀磨损机制分析得到,TBM滚刀磨损主要为磨粒磨损;基于滚刀破岩磨损现场跟踪试验,分析TBM滚刀磨 损失效形式,并结合刀盘刀具分布特点,研究滚刀磨损规律特性。 基于Rabinowicz磨粒磨损简化计算模型,引入CSM滚刀破岩模 型,构建滚刀磨损速率、线性磨损速率预测模型,对比分析高黎贡山正洞TBM 2 000 m掘进里程滚刀磨损实测数据与理论模型预测 结果。 结果表明: 1)正滚刀磨损发生规律性变化,中心滚刀易出现侧向滑移,边滚刀发生二次磨损; 2)TBM滚刀理论预测与实测 分析结果的相对误差小于10%,可准确预测滚刀磨损,同时得到正滚刀磨损速率与刀具、围岩物理参数具有相应的定量关系。     

TBM施工隧洞围岩分类方法的探讨

针对TBM施工隧洞中的围岩分类问题,指出TBM施工条件下的隧洞围岩分类应针对围岩的可钻掘性,充分考虑影响TBM掘进效率的主要工程地质因素,提出了在《工程岩体分级标准》围岩稳定性基本分级的基础上,依据岩石的单轴抗压强度、岩石的耐磨性和岩体的完整性,将TBM施工条件下的隧洞围岩分为A(好)、B(一般)、C(差)3个级别,对于当今隧洞围岩分级方法的进一步发展,以及提高我国TBM施工隧洞的设计和施工水平具有一定的实用价值。     

适于TBM施工的HSP法实时预报技术设计与实现

为实现TBM施工隧道的实时地质预报,以TBM刀盘滚刀破岩震动作为震源的HSP法地质预报技术为基础,通过分析TBM施工工艺与机身结构特点,对HSP系统硬件和软件进行优化设计,使其小型化、自动化和智能化,并搭载于TBM上进行智能控制。在TBM掘进过程中,首先,通过隧道轮廓位置的检波器连续或高频次地采集地震反射波信号; 然后,经系统软件对数据的自动处理,实时获取掌子面前方地层反射特征参数图谱; 其次,通过智能识别技术完成对不良地质反射界面的有效拾取与判识; 最后,实现不良地质的探测。通过对适于TBM施工的HSP法实时预报技术进行优化设计,实时探查前方地层不良地质(体)位置、规模与性质,为TBM的高效施工起到一定的推助作用。     

双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践

为提高以中微风化岩质地层为主的青岛城市轨道交通区间隧道工程的施工速度和安全性,改善工作环境,加强施工过程中的风险与环境控制,以青岛地铁2号线Ⅰ期工程为背景,针对岩质地层城轨交通工程埋深浅、地质变化大、城市密集建(构)筑物周边环境复杂等外部特征,以及隧道线路短、曲线半径小、施工组织复杂等自身特点,对采用双护盾TBM施工方法的城轨交通区间隧道工程设备研发制造、隧道结构型式和现场施工方案进行研究,研发制造首台城轨交通紧凑型双护盾TBM,设计城轨交通双护盾TBM隧道结构,并提出城轨交通区间隧道双护盾TBM始发、到达、过站、转场、快速施工等土建技术方案。     

块状岩体隧道TBM施工时间及成本评估方法研究

TBM在块状岩体隧道施工过程中,易出现因工作面不稳定而导致工期延长、工程造价超支等现象。合理评估块状岩体条件对隧道施工的影响,是确保工程施工方案合理性的基本前提。以合理评估块状岩体隧道TBM施工时间及成本为研究目的,从地质模块、施工模块等方面对基于概率统计学的DAT模型进行了分析研究。基于DAT模型,结合圣哥达基线隧道工程地质数据,对"非块状岩体"、"块状岩体"两种工况下的TBM施工时间及成本进行了对比分析。研究结论表明:(1)块状岩体地层条件与非块状岩体地层条件相比,施工工期与成本大幅增加;(2)块状岩体地层条件对工期的影响要大于对施工成本的影响;(3)基于DAT模型,对隧道施工中影响工程时间及造价的不确定因素进行量化分析,能够为隧道施工风险评估提供依据。     

厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞优化设计总结及体会

24.8 km输水隧洞工程是厄瓜多尔CCS水电站工程控制工期的关键项目,由2台双护盾TBM施工。从工程概念设计、基本设计、详细设计直至现场施工,设计工程师转变依照规范进行工程设计的传统设计模式,分析梳理原设计方案,依据工程合同、工程地质及水文地质、现场施工环境条件及其变化等,并结合TBM施工隧洞工程技术特点,将TBM设备特性和TBM施工技术高度融合于隧洞工程设计中,对输水隧洞设计方案、隧洞施工规划方案及TBM管片类型等进行全过程动态优化设计,为TBM快速掘进,高效成洞,安全、环保施工提供便利的隧洞设计施工方案。该方案的实施,能保证CCS水电站工程质量和工期, 并有效控制EPC模式下的CCS水电站工程投资。     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

高岩温TBM施工隧道的通风效果研究

为了在高温环境下保证施工人员健康和TBM的正常使用,对国内外高岩温隧道热害展开调研,采用理论分析和数学计算的方法,提出了高岩温TBM施工通风效果计算模型,对不同岩温、不同风量和不同风温条件下的掘进段通风效果进行计算分析。研究结果表明:围岩放热是高岩温TBM施工隧道的主要热源,在无通风条件下进行TBM施工时,预测空气温度与周围岩温基本呈线性递增关系;增大通风量可较大程度地改善高岩温隧洞空气温度,但是单纯地加大送风量不具有经济性。     

严寒地区TBM皮带机冬季施工的研究与应用

连续皮带机出渣系统具有输送能力强、运量大、安全、环保和自动化程度高等特点,已经广泛应用于TBM隧道施工,但在严寒地区存在冬季施工故障率高的问题。为了解决此难题,保障TBM正常施工,在辽西北供水工程中通过安装保温棚,对整条皮带机进行保温; 在皮带机两端接渣、出渣特殊位置铺设保温被,加强其保温能力; 在保温棚内部尤其是关键部位安装暖风机,进行加温供暖等方面的研究。解决了严寒地区冬季洞外皮带机防冻领域的技术难题,保证了TBM的顺利施工,取得了在严寒地区的皮带机冬季施工经验,以期为类似工程提供借鉴。     

基于线性回归法的TBM滚刀贯入度预测研究

为解决盾构施工中全断面隧道掘进机(TBM)滚刀贯入度的预测问题,使其更好地应用于所处地层,依托深圳地铁6号线的相关数据及中铁TBM云管理平台的数据处理功能,定性分析TBM破岩过程,并将破岩的宏观过程划分为3个阶段;采用线性回归方法,依次从贯入度与掘进推力的关系、贯入度与刀盘转矩的关系对TBM滚刀贯入度的变化情况进行量化分析,并在这一过程中推导得到TBM掘进的贯入度与推力、转矩的参数预测模型,并结合现场实测结果对线性回归法的预测结果进行验证。结果表明:1)TBM在不同阶段的贯入度、推力及转矩均有不同程度的变化,且相互之间存在一定的关联;2)掘进参数的线性回归预测模型经过验证是合理的,表明线性回归法适用于TBM掘进参数的预测,可视具体情况为隧道工程实施阶段掘进参数的调整提供理论指导和参考。     

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%。     

大瑞铁路高黎贡山隧道施工挑战与对策

为解决高黎贡山隧道在施工中遇到的斜井软岩变形、竖井井筒防治水、TBM穿越不良地质卡机等难题,通过对存在问题进行理论分析、现场试验、方案优化、阶段总结,提出解决方案与关键施工技术,现场实践结果表明:1)斜井软岩变形采用"早成环、快封闭"、合理设置开挖轮廓线曲率、加强支护的综合防变形技术,达到初期支护不破坏、不拆换的目的;2)采取"有掘必探、以堵为主、堵排结合"的治水原则和地表深孔S型深孔预注浆关键技术,能够大大降低富水软弱花岗岩竖井建井淹井风险;3)通过采用小导洞工法能使敞开式TBM快速安全通过糜棱化花岗岩不良地层,充分发挥TBM的快速高效施工性能。