基于数量化理论Ⅰ的双护盾TBM掘进速度预测研究

以甘肃引洮一期工程9#隧洞为例,引入数量化理论I的建模原理和方法,建立了定性数据包括围岩类别和地下水情况2个解释变量,定量数据包括单轴抗压强度、抗拉强度、泊松比和变形模量4个解释变量的预测模型,研究了双护盾TBM施工掘进速度的影响因素,并从理论上证实了该预测模型的可靠性。结果表明:在同等围岩力学参数条件下,围岩稳定性越好越有利于TBM的施工,反之则会阻碍施工进度,且阻碍效应会随着地下水的增多而增强;岩石的泊松比、抗拉强度对TBM掘进速度呈显著正效应,而单轴抗压强度和变形模量呈负效应。通过对实测值和预测值的比较发现,二者掘进速度的相对误差绝对值为0.23%~5.38%,平均值为0.39%,说明预测模型用于双护盾TBM掘进速度的预测是可靠的,并可用于同类工程施工进度的预测和工程进度的控制管理。     

基于围岩分类HC评分的双护盾TBM施工速度预测模型

针对双护盾TBM施工速度预测问题，以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景，采用现场实测数据统计分析的方法，基于《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)的围岩分类HC评分值，研究了TBM净掘进速度、TBM利用率与围岩分类HC评分值的相关性，进而建立了双护盾TBM施工速度预测模型。结果表明：(1)TBM净掘进速度与HC值呈二次函数关系，相关性系数为0.84,随着HC值的降低，TBM净掘进速度呈现增加的趋势；(2)TBM利用率与围岩HC值呈二次函数关系，相关性系数为0.82,TBM利用率随着HC值的增加有先增大后减少的趋势；(3)围岩的HC值为41～46时，TBM的施工速度达到最高，日进尺可达到45 m以上，当HC值<41时，TBM施工速度随着HC值的降低而降低，当HC值>46时，TBM施工速度随着HC值的增加而降低；(4)预测施工速度与实际施工速度吻合较好，平均误差为5.2%,最大误差<10%,说明预测模型可靠，可用于双护盾TBM施工速度预测。     

复杂地质条件下双护盾TBM掘进性能研究

针对复杂地质条件下双护盾TBM的掘进性能问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场实测数据统计分析的方法,研究不同地质条件下双护盾TBM利用率、滚刀损耗及掘进速度。研究结果表明：(1)对于Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类围岩,TBM利用率随着围岩类别的降低而提高,但Ⅴ类围岩由于易发生涌水及卡机等事故,因此TBM利用率一般低于10%。(2)硬岩对TBM滚刀损耗明显高于软岩,硬岩随着围岩类别的降低,滚刀的损耗明显降低。(3)对于Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩,随着围岩类别的降低,净掘进速度明显提高,TBM的平均掘进速度受净掘进速度和设备利用率两方面的影响;Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类围岩的平均掘进速度随着围岩类别的降低而提高,但Ⅴ类围岩受设备利用率极低的影响,其平均掘进速度最低。     

模袋灌浆技术在双护盾TBM施工中的应用

双护盾TBM现在得到越来越广泛的应用,是深埋长大隧道掘进施工的首选和必然发展趋势,然而双护盾TBM安全高效通过大变形洞段时所需的围岩快速支护技术尚缺乏成熟有效的经验。以西藏某公路隧道工程为依托,在现有工程应对措施上结合双护盾TBM设备特点提出新型主动防控措施,提出的快速支护技术有效降低护盾卡机风险。     

新近系弱胶结岩力学特性的室内试验研究

引黄入洛工程隧洞围岩主要为新近系弱胶结砂岩和黏土岩,表现出极差的工程特性,是施工急需解决的关键性问题。通过室内单轴压缩变形试验,研究岩石结构和含水率对岩样力学特性的影响。结果表明:岩石结构和含水率对两种岩样的力学特性均影响较大;混合结构砂岩岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比要明显小于均匀结构砂岩样的,而含水率的影响更大,随着含水率的增大,混合结构砂岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比明显降低;岩石结构对黏土岩样的力学特性影响更大,与均匀结构黏土岩样参数相比,混合结构黏土岩样的单轴抗压强度显著降低,而弹性模量和泊松比却显著增大,弹性模量与单轴抗压强度呈负相关;随着含水率的增大,黏土岩样的单轴抗压强度、弹性模量明显降低,而泊松比明显增大,混合结构黏土岩样的弹性模量大幅降低。由于岩石强度很低,试验中的数据较少,因此应力—应变曲线均呈明显的台阶式变化。含水率较高和混合岩石结构是导致引黄入洛工程隧洞围岩工程特性极差的主要原因,施工时应首先解决地下水问题并进行超前支护,以增强围岩的强度和稳定性。     

深埋长输水隧洞TBM卡机事故分析及处理措施

引红济石隧洞工程中采用双护盾TBM掘进，因遭遇断层、岩体破碎带、软弱围岩共同作用造成多次、重复卡机事故。从卡机处岩性、地质构造、地下水、隧道开挖与软弱围岩挤压变形等方面，系统分析了卡机原因；并针对卡机事故的一般规律，提出了两套卡机脱困的解决方案。工程实践表明，所提方案不仅可较理想地解决卡机事故，同时还可为TBM在围岩坍塌地段的施工提供宝贵经验。     

CCS水电站输水隧洞工程地质条件分析与处理

为保证CCS水电站输水隧洞双护盾TBM施工正常进行,开展了围岩分类与稳定性评价及隧洞超前地质预报,研究了施工方法,提出了施工技术建议。在双护盾TBM施工过程中,可见的围岩范围较小,无法进行地质素描,根据双护盾TBM施工的技术特点,选择了隧洞掌子面及洞壁小范围的围岩观察、TBM掘进参数分析、局部岩石回弹值测试、岩渣性状分析、地下水特征分析等多种方法获取围岩地质信息,从而对围岩进行分类和稳定性评价。选择了隧洞宏观地质条件分析、施工过程地质条件分析、以地震法和电法为主的物探方法、掌子面超前水平钻探等综合方法对掌子面前方围岩进行探测和预报,根据预报结果有针对性地采取处理措施。针对TBM施工过程中出现的涌水、砂岩砂化、断层破碎带等不良地质条件,建议施工单位采取了超前地质预报及调整掘进参数、堵水、超前灌浆加固围岩等施工方法和技术,TBM顺利通过了不良地质段。     

降低大直径双护盾TBM在不良地质洞段卡机风险的对策研究

双护盾TBM在穿越断层、高地应力以及软弱地层等不良地质洞段时,围岩快速、较大的变形容易挤压护盾而导致双护盾TBM卡机,影响TBM的正常掘进,进而影响工程的工期。对西藏某公路隧洞双护盾TBM掘进期间四次卡机事故进行了分析,针对不良地质洞段的具体情况,从TBM设备选型、超前地质预报、策划地质缺陷处理措施及施工单位专业地质工程师培养等方面提出了解决措施并予以实施,降低了大直径双护盾TBM不良地质洞段卡机风险,使双护盾TBM施工的优点得到了更好的发挥。     

复杂地质环境对TBM掘进速度的影响

基于引汉济渭工程秦岭隧洞TBM的施工实践,对比研究了岭南、岭北两台TBM在截然不同的地质环境下的掘进效率,认为目前以围岩类别来判断TBM的掘进效率是不够严谨的。实际研究表明,围岩的岩性特别是围岩抗压强度、完整性、地下水等地质因素才是影响掘进效率的主要地质因素。在此基础上,对复杂地质环境TBM的进度指标和TBM的地质适应性进行了研究。     

基于LSTM-GRU模型的TBM掘进参数时序预测研究

隧道掘进机(TBM)施工效率对于地质条件的高度敏感性，以及TBM设备智能控制并最终实现无人驾驶，都对在复杂地质条件中精准预测TBM掘进参数提出了更高要求。为精准预测不同等级围岩下TBM的掘进速度、总推力、刀盘转速和刀盘扭矩，基于向原始数据学习和向误差学习的双学习机制，建立了掘进参数时序预测模型LSTM-GRU,并对某引水工程隧洞TBM施工实例进行了计算分析，验证了模型的有效性。最后选用决定系数R²、均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差等4个参数，分别与广义回归神经网络GRNN、长短时记忆网络LSTM以及门控循环网络GRU的预测结果进行比较分析，结果表明，Ⅱ级围岩和Ⅲ级围岩下，LSTM-GRU模型的预测精度更高。研究结论可为隧洞工程TBM施工控制提供参考。     

TBM净掘进速度预测模型发展现状及参数分析

TBM净掘进速度预测模型能为隧道施工方法选择、施工进度安排和成本估算提供科学依据。本文对国内外32个典型模型开展参数定性和定量分析。根据各模型建模原理可将参数输入过程划分为按逻辑和组合关系输入、作为修正参数输入、直接输入参数三种类型。评价TBM掘进速度的岩体参数以单轴抗压强度、岩石质量指标、隧道与结构面夹角和岩石脆性指数居多,机械参数主要是单刀推力和刀盘转速。通过调整岩体工程特性关键参数影响区间以及引入机械参数,可将钻爆法岩体分类(RMR、RSR、Q_(system))应用到TBM净掘进速度预测。模型参数选取需要权衡简易性和准确性,参数太少虽然简易但影响预测精度,参数过多会导致实际操作繁琐而不利于工程广泛应用。参数选取合理、组合恰当以及权重分配符合实际是净预测模型准确可靠的关键,随着对掘进过程和破岩机理的深入理解,开展与岩-机作用相关的新评价参数研究将是未来发展趋势。     

基于正交设计的颗粒流模型宏细观参数相关分析——以岩石单轴压缩数值试验为例

分析颗粒流模型中宏细观参数的关系,可为细观参数的匹配提供依据。以平行黏结模型作为基本模型,以单轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对数值试验进行正交设计,采用多因素方差分析研究细观参数对宏观参数的影响。结果表明：弹性模量E主要受Ec(〖AKE-〗c)影响;泊松比γ主要受kn/ks(〖AKk-〗n/〖AKk-〗s)影响;单轴抗压强度σ_n主要受平行黏结强度参数σ_cn,τ_cs,SD/Mean影响;μ对宏观强度参数没有显著影响,而对宏观变形参数具有一定影响;R_A只对泊松比γ存在一定影响。在此基础上,建立了针对岩石单轴压缩数值试验的细观参数匹配方法。      

软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。     

猴子岩水电站导流洞泥洛堆积体段的施工方法及体会

猴子岩水电站导流洞位于大渡河左岸,开挖最大断面为16.5 m×18.25 m,长度约为2 km。隧洞出口位于大型泥洛堆积体上中部,岩体破碎、抗压强度极低且地下水发育。施工中采用光面爆破、超前支护等控制围岩稳定的施工方法,利用超前地质预报、围岩监控量测等信息化手段指导施工,确保了安全施工和进度。本工程已于2011年4月底实现导流洞成功分流并经历了一个汛期考验,至今运行情况良好。     

超缓凝高强混凝土配合比设计及性能研究

通过外加剂优选及配合比设计,配制了满足三峡工程某码头吊梁设计及施工要求的超缓凝高强度混凝土,并研究了施工工艺对该混凝土性能的影响。试验结果表明,该混凝土具有轴拉强度、劈裂抗拉强度、极限拉伸、抗压弹性模量、抗拉弹性模量、干缩率等力学及变形性能好,超缓凝,和易性优良且高流动性等特点。最后,对该混凝土的超缓凝高强度性能机理进行了探讨。     

掺磷渣粉全级配混凝土性能试验研究

 试验研究掺磷渣粉全级配混凝土的力学、变形及抗渗性能,并与湿筛混凝土进行对比,期望为理论研究和工程实践提供参考。结论表明：全级配与湿筛混凝土试件抗压强度差别不大,全级配混凝土的轴拉强度约为湿筛试件的60％～73％;全级配混凝土的轴拉强度小于劈拉强度。全级配混凝土的抗压弹模比湿筛小试件高,大骨料的存在对泊松比影响不大,受影响最大的是极限拉伸性能。全级配及湿筛混凝土试件的28 d抗渗等级都达到W10,但前者更能真实地反映大体积混凝土的抗渗性。     

基于PSO-SVM算法的高放废物处置北山预选区岩爆预测

为安全处置高放废物,我国拟在花岗岩体中建造埋深500 m左右的地下实验室,用以开展处置前期的相关研究。而岩爆作为深部岩石工程中一种常见的动力破坏现象,多造成严重后果。为指导地下实验室场址的筛选以及工程的安全设计施工,基于粒子群优化的支持向量机(PSO-SVM)和100组岩爆实测数据,结合北山预选区旧井、芨芨槽、新场3个候选场址的地应力值和岩体力学参数,以洞壁围岩最大切向应力σ_θ、岩石单轴抗压强度σ_c、岩石单轴抗拉强度σ_t、应力指数T_s、脆性指数B作为评判参数,对不同场址处竖井和隧道开挖的岩爆风险进行预测分析。结果表明:PSO-SVM算法用于岩爆预测是可行的;在埋深300~600 m范围内新场场址处工程开挖岩爆风险最低,以新场作为我国高放废物地下实验室的建设场址是最安全的。     

基于TSP物探指标的围岩质量预测研究

为利用TSP各物探指标预测隧道围岩质量,以G575线巴里坤~哈密公路东天山隧道为工程依托,利用灰色关联分析理论,建立了以岩体质量指标修正值作为围岩质量的依据,以9个物探指标为影响因素,采用MATLAB软件对隧道围岩质量的影响因素进行关联排序,确定影响围岩质量的主次因素;再选取高关联度的物探指标,采用灰色关联理论进行围岩质量预测。结果表明,波速、纵横波速比、泊松比、密度为影响隧道围岩稳定性的主控因素;剪切模量、拉梅系数、体积模量、动态杨氏模量、静态杨氏模量为次要因素;围岩质量预测采用波速、纵横波速比、泊松比、密度这4个高关联度的物探指标能准确预测隧道围岩分类。     

基于熵权法的隧道施工围岩分级方法

为了解决现有围岩分级方法确定围岩指标参数时不可避免带有主观性因素的问题,在总结各类围岩分级方法的基础上综合选取岩石单轴饱和抗压强度、岩石完整性系数、岩体体积节理数、地下水、岩石质量指标(RQD)、围岩弹性纵波速度共6个参数作为隧道围岩分级评价指标.运用熵权-可拓物元理论及熵权-云模型的数学解析方法对围岩进行分级,并采用...     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。