一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算模型

基于隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)现场实际掘进参数与岩石强度的相关性,提出一种现场岩石强度快速估算模型。该模型详细分析了开敞式TBM现场实际掘进参数的趋势,建立了其与岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength, UCS)的拟合关系式;根据回归系数R²排序:0.761 2(贯入度指数)> 0.759 5(推力)> 0.691 5(掘进比能)>0.598 6(扭矩)> 0.561 5(贯入度),确定采用贯入度指数(field penetration index, FPI)快速估算岩石强度UCS。与以往岩石强度经验模型对比,该估算模型更具针对性和适用性。研究成果为TBM工程岩石强度的快速估算提供了一种新的切实可行的思路。     

TBM掘进技术的发展与展望

18世纪发明蒸汽机,实现了第一次工业革命,交通工具得到了迅速发展,但交通设施和公路、铁路的发展却受到了当时隧洞掘进技术条件的约束。1846年出现了硝化甘油,1862年制成了第一台风动凿岩机,1866年发明了黄色炸药,世界各国才掀起了修筑隧道的高潮,施工方法一律采用钻爆法,钻爆法经过100多年的发展,有了喷锚支护、控制爆破、新奥法等技术,使隧洞施工向着全断面、大断面、机械化、高效率方向发展。隧洞掘进机TBM的问世1846年,在意大利与法国之间的MONCENIS隧洞施工中,为加速隧洞施工,Henri-JosephMaus开始将一组机械岩钻安装在钻架台车…     

基于施工数据的TBM支撑推进协调控制系统

针对全断面硬岩隧道掘进机（TBM）在较强推进负载冲击下撑靴打滑、偏软岩层段靴体压溃侧壁围岩等问题,提出基于推进力限定和支撑力恒定的支撑推进控制系统（TFRSFCGT）,以及基于掘进方向推进分力恒定和支撑力恒定的支撑推进控制系统（TFCSFCGT）. 建立TBM支撑推进机构力学模型,推导支撑油缸输出力、推进油缸输出力和支撑处围岩类别的耦合关系,设计2种基于新型控制策略的电液控制系统,利用AMESim软件和Matlab软件分别搭建液压系统模型和控制系统模型,最后搭建电液联合仿真模型. 仿真结果表明：TFRSFCGT系统和TFCSFCGT系统在提供系统所需推进力的前提下,能保持围岩实际所受支撑力恒定,最大超调量别为0.928%、0.378%;在相同负载特性下,TFCSFCGT系统掘进速度更快,而TFRSFCGT系统对负载冲击顺应性更强.     

TBM掘进圆形隧洞底鼓机理FDEM数值模拟研究

采用耦合的有限元-离散元法（finite-discrete element method, FDEM）研究了圆形隧洞底板大变形灾变机制,并研究了地应力量值、侧压系数、底板位置和隧洞形状对底鼓灾害的影响。结果表明：1）在静水压力状态下,圆形隧洞底板大变形灾变力学机制为隧洞开挖造成围岩径向应力降低和切向应力升高,当超过岩体强度后产生共轭剪切破裂,并伴随拉伸断裂;浅部破裂岩块在深部围岩弹性变形恢复和剪胀效应下发生向隧洞内的翻转大运动,进而引发底板大变形灾害;2）随着地应力量值、侧压系数和底板位置的变化,围岩破坏率、损伤破裂区半径和隧洞表面围岩最大位移量等也发生变化,但仍为破裂碎胀性的大变形;3）传统的滑移线场理论难以解释直墙拱形底板围岩的共轭剪切破裂和深部岩体破裂,采用FDEM和双轴压缩力学模型可成功解释上述现象,为隧洞底鼓大变形灾变机制提供新的研究思路。     

地质工作在TBM隧洞掘进中的重要作用

TBM（Tunnel Boring Machine隧洞掘进机）凭借其高质、高效、安全、环保的施工特点,广泛应用于水利、矿山、铁路等国民经济基础建设工程中。     

综合预报技术在TBM隧道掘进中的改性应用

基于TBM隧道施工的特点和地质适应性方面的局限性,单一的超前地质预报方式较难满足TBM施工的需求,实际施工中易因偏差导致采取的应对措施不足而造成TBM停机的状况发生,为解决此类问题本文通过分析TBM施工常用的地质预报方式原理以及适用范围,选择性地提出"长距离整体预报+中距离重点分析+短距离循环对比"的综合预报技术,成立...     

TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构足尺试验

随着全断面掘进机(TBM)在煤矿深井岩巷掘进中的推广应用,不良地层已成为影响TBM掘进煤矿深井岩巷施工安全性和掘进效率的主要因素。为解决TBM在煤矿不良地层中巷道围岩支护困难的问题,提出了TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构,并加工制作了装配式支护结构足尺模型,使用煤矿井巷支护结构大型试验平台,开展了不同侧压系数下的支护结构足尺加载试验。通过拉杆式位移计监测支护结构关键节点位移值、采用应变片监测支护结构足尺模型应变分布演化规律,同时搭建足尺模型变形摄影测量监测系统,监测获得更加详细的足尺模型变形数据。开展了侧压系数λ=1和1.5两种加载条件下的装配式支护结构足尺模型均载和非均载试验。试验研究装配式巷道支护结构的变形破坏形态、承载力和应变分布特征,厘定了支护结构承载能力的影响因素,揭示了支护结构失稳破坏机理。同时开展支护结构数值试验,获得室内试验中难以监测的轴力、弯矩等参数。支护结构在管片接头和跨中首先出现局部失稳,进而导致结构整体失稳。侧压系数λ=1和1.5时,支护结构极限承载力分别为3972.2kN和2763.2kN。随侧压系数提高,支护结构承载力呈指数型下降,结构变形破坏也更为明显。室内试验中支护结构极限承载力略小于数值试验,室内试验和数值试验结果一致性较好。均载试验中,支护结构接头处轴力较大,接头和管片跨中处弯矩较大,弯矩均为正值,而非均载试验中,支护结构轴力略有降低,弯矩值正负皆有,且弯矩高于均载试验。     

基于现场数据的电站过热器神经网络建模

为克服机理建模方法的不足,对利用现场数据建立过热汽温模型进行了研究。通过对过热器运行机理的分析,确定了影响过热汽温变化的主要因素,及其对过热汽温影响的延迟时间。在论述了神经网络建模原理的基础上,建立神经网络模型。通过大量现场数据的训练,使所建模的输出与实际系统的输出基本吻合。最后,用部分现场数据对所建模型进行了仿真试验,证明了该建模方法的可行性。基于神经网络建模计算速度快及模型精度高,模型输出基本上反映了过热汽温的实际运行情况。     

TBM掘进前方不良地质与岩体参数的综合获取方法

TBM在穿越断层、破碎带、岩溶发育区等不良地质时有时出现突涌水、塌方、卡机等灾害事故,导致TBM掘进效率低下、工期延误甚至是TBM机械损坏和人员伤亡。出现上述问题的一个主要原因就是TBM工作环境极为复杂,难以提前获取前方不良地质与主要岩体参数。因此,提出了一套以地球物理超前地质预报和基于“岩-机关系”预测岩体主要参数的解决方法。在该方法中,采用三维地震超前预报技术远距离识别和预报断层、破碎带、大型溶洞等不良地质;采用三维激发极化获取掌子面前方含、导水地质构造;采用机器学习的手段挖掘TBM机械电液参数与主要岩体力学参数的关系,并初步实现了TBM前方岩体单轴抗压强度的预测。以上述三种方法为核心,提出了TBM前方不良地质与主要岩体参数的综合获取方法及其流程,在实际工程中得到了验证。实际案例表明,综合获取方法可为TBM安全、高效掘进提供前方不良地质和单轴抗压强度信息,并为TBM掘进方案决策提供依据。     

基于MODBUS现场总线的计算机数据采集系统

介绍了基于MODBUS现场总线的计算机数据采集系统．以工控机为主站,带协议接口的数据采集卡为从站,运用MODBUS协议实现了计算机与现场数据采集设备之间数据传输．阐述了MODBUS通讯协议基本内容和格式,以及软件实现方法．     

基于FEM-SPH耦合的TBM滚刀切削仿真与试验研究

针对现有隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀切削过程有限元仿真难以复现密实核传力演化机制所致的刀下超破、刀间欠破问题,采用有限元方法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)相耦合的...     

基于PSO-SVR的土压平衡盾构施工进度优化

针对隧道掘进机(TBM)利用率预测研究匮乏的问题,建立数据驱动的利用率预测模型并进一步对施工进度展开优化.结合新加坡某地铁隧道项目数据,研究地质类型、司机操作与载荷对TBM利用率的影响,提出基于支持向量回归(SVR)的利用率预测方法,并以施工进度最大为目标展开操作参数优化.利用SVR建立掘进环利用率与地质类型、载荷、操作参数的映射模型;建立以施工进度最大为目标,以地质类型、载荷、操作参数为约束边界的优化方程;利用粒子群优化(PSO)寻找特定地质类型下最优的操作参数.结果表明：SVR模型在验证集和测试集上的R2分别为0.729和0.625,均优于多元线性回归、决策树、k最近邻、随机森林、AdaBoost和XGBoost模型;PSO能准确地找出最优的操作参数.     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

基于多源数据的渍害田识别

渍害田是耕作层土壤含水率长期过高不利于作物生长的中低产田.渍害田的大范围识别是渍害低产田治理工作要解决的一个重要课题.文中分析了渍害田多种形成因素,认为耕作层土壤含水率过高是造成渍害的根本原因,选择土壤相对湿度作为渍害田识别指标.同时利用安徽省内土壤类型分布资料及土壤特征参数,土壤墒情资料和多期MODIS遥感影像数据及地面产品数据,建立土壤含水率反演模型,并转换为土壤相对湿度分布图.根据土地利用类型和土壤相对湿度的指标,对安徽省内渍害田进行识别,获取渍害田分布图,经过资料对比分析,确定最优的识别方法和成果.     

全断面岩石掘进机开挖单价分析

全断面岩石掘进机 (TBM)作为一种综合的高科技产品在长隧洞的施工中已充分展示了它的先进性和高生产力 .但由于TBM的特殊性使其定额标准难以确定 ,给方案初选带来难度 .通过调研国内外大量大直径TBM施工工程 ,对TBM开挖单价进行了分析 ,总结出大直径全断面掘进机开挖单价分析方法 ,并以具体实例验证了此方法的合理和先进性     

基于动态贝叶斯网络的TBM卡机风险预测

为了预测隧道机械施工时隧道掘进机（TBM）卡机风险,基于动态贝叶斯网络（BN）分析卡机概率系统. 通过专家知识以及解释结构模型确定风险因素和风险事件的因果关系,收集国内隧道机械施工地质条件实测数据,根据相关规范、研究成果和云模型云间划分法对风险指标进行区间划分,运用粗糙集分类原理对数据进行离散化,获取风险因素的原始先验概率和风险事件的条件概率. 结合软件GENIE,建立动态BN模型预测卡机风险. 结果表明：在无证据条件下,TBM卡机风险概率为8%;造成TBM卡机的关键风险因素是岩石类型、大量的地下水和断裂破碎带. TBM卡机的关键致因链为岩石类型→掌子面突泥涌沙→卡刀盘→卡机,大量的地下水→掌子面突泥涌沙→卡刀盘→卡机,高地应力→软岩大变形→卡护盾→卡机,围岩坍塌→卡护盾→卡机.     

一种基于IP流量数据的计费系统的实现

对基于IP流量数据的网络计量系统进行了分析,讨论了一个具体的模型其实现办法,提出了应用SNMP协议来进行IP流量数据的采集,并利用JAVA语言进行计费系统关键部分实现的方案。