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。     

TBM最佳掘进工作参数研究与应用

TBM作为一种先进的现代化隧洞施工设备,目前已经广泛应用于世界各地的水利、公路、铁路等地下工程施工。但在我国TBM的使用还尚处于起步阶段,可资借鉴的经验十分有限。本文基于辽宁省大伙房水库输水工程TBM1施工段的工程实践,深入地分析研究了在各类围岩下TBM掘进速度与刀盘转速、推进油缸压力及主电机平均电流之间的关系,为科学地选择TBM掘进工作参数提供依据,以确保在满足安全生产的前提下,实现经济、稳定、快速掘进。     

TBM掘进速度及影响因素浅析

TBM隧洞施工是以掘进作业为核心,以掘进、支护、出渣运输为主要作业,通风、供电、供水、排水等为辅助作业进行的。TBM的掘进速度直接制约着整个隧洞施工的直线工期。本文总结了TBM隧洞施工中的经验,对TBM掘进速度及影响因素作了简要分析。     

不同围岩条件对TBM掘进的影响研究

以山西省大水网中部引黄工程为例,选取碳酸盐岩类洞段与变质岩岩类洞段进行对比,从掘进速度、掘进参数、刀具消耗、掘进时间利用率四个方面进行分析,研究表明:在不同围岩条件下,随着岩石抗压强度、完整性、石英含量的提高,刀盘推力不断增加,刀具检查频次及消耗量显著提高,掘进贯入度明显下降,可钻性及掘进效率大幅降低。由此可见,ＴＢＭ适宜在较硬岩和较软岩中可以发挥较高的掘进效率,而在岩体完整的坚硬岩中须对刀具耐磨性、ＴＢＭ额定推力等参数进行专项研究,以提高ＴＢＭ工法在不同围岩条件下的适应性。     

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。     

基于现场数据的常用TBM性能预测模型评价

利用引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭北工程项目收集的运行和实际地质数据,通过Hassanpour、QTBM、NTNU、Palmstrom和CSM等经验方法,对计算出的机器性能进行比较.然后将预测的钻速与观测到的机器现场性能进行比较,并通过统计分析检验预测钻速的变化.结果表明,基于类似地层中TBM性能的现场特定模型,可以提...     

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。     

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。     

TBM刀盘弹性变形研究

刀盘是全断面岩石掘进机的关键部件,通过螺栓联接到刀盘大轴承并成为主机的重要组成部分。由于螺栓和刀盘都属弹性材料,刀盘与其轴承间的支撑联接关系在掘进过程中对刀盘形变有决定性影响,因此,论文通过对刀盘弹性变形理论模型的构建,分别给出了刀盘在简支和夹支支撑条件下的中面弯曲弹性变形方程并通过刀盘外载荷确定给出了两种支撑条件下刀盘变形曲线;通过有限元分析发现,刀盘的实际支撑应介于简支和夹支之间,其中简支约占12%～16%,夹支约占84%～88%,而刀盘弹性变形最大处位于其中心r=0.28 m的圆域内。此结论为全断面岩石掘进机施工过程中刀盘形变分析提供了借鉴。     

某隧洞用掘进机（TBM）施工中的工程监理控制

我国西部某隧洞工程采用TBM施工,设计断面为圆形,六边形预制钢筋混凝土管片衬砌,衬砌后内径为6.0m,洞段长度23.7 km,历时4年零2个月。文中详细论述了隧洞开挖过程,管片安装过程,豆砾石回填灌浆过程中及不良地质洞段施中的工程质量监理控制。     

大坝变形的小波分析与ARMA预测模型

大坝变形观测资料可视为非平稳时间序列,从影响大坝变形规律的因素出发,可将其分解为主值函数项、周期函数项和改进后的平稳时间序列。其中主值函数项采用逐步回归法拟合,针对时效因子采用半经验公式无法准确拟合实际变化情况,采用小波分析法将序列分解为低频和高频两部分信号,其中低频部分代表时效等因素影响的变形趋势;高频部分代表水位、温度等影响的变化规律,应用时间序列原理分别建立变形预测ARMA（p,q）模型,从而在现有水位、温度观测资料下预测坝体未来的变形趋势。实例计算结果表明,结合小波分析的时间序列法建立的预测模型,预测精度高于统计回归分析,预测效果良好,可作为一种有效方法应用于大坝变形预测中。     

超长水工隧洞 TBM 法开挖施工供电方法探讨

全断面岩石隧道掘进机一般用来开挖长大隧洞,由于整机功率很大、供电距离长且洞内施工环境较差,因此在施工供电系统设计时要充分考虑电压降问题、继电保护问题、用电安全问题。本文对此加以介绍。     

时间序列模型在风场风速预测中的应用

针对风速的特点,介绍了在风场风资源利用中几种较为常用的风速预测方法,并且结合实例详细叙述了时间序列法在风场风速预测中的应用。由实例得到的预测模型所得的平均绝对百分比误差为15.7%,与实际风速分布特性较为吻合。研究结果验证了时间序列模型在风场风速预测中的可用性,为风能源的实际应用提供参考。     

基于小波分析的径流分级组合预报模型

为进一步提高径流预报精度、降低预报的不确定性,利用小波分析法提取径流系列的概貌和细节成分;采用BP网络模型、RBF网络模型、SVM模型分别模拟预报,进行径流分级。根据不同级别的径流,对预报结果予以变权重组合,构建了基于小波分析的径流分级组合预报模型,并对其预报结果作了分析和总结。宜昌站中长期径流预报结果表明,组合预报模型能够较好地提高预报精度。     

水文模型参数敏感性分析方法评述

针对水文模型敏感性分析中存在的诸多问题,分析水文模型参数敏感性分析在模型构建及应用过程中的主要作用及其与不确定性分析和参数优化之间的联系,总结敏感性分析方法的3种分类,并探讨水文模型中常用的筛选法、回归分析法、基于方差的分析方法及基于代理模型技术的分析方法等4种关键技术方法,剖析水文模型参数敏感性分析方法的适用条件及优缺点,回顾各种方法在水文模型中的研究现状,提出水文模型参数敏感性分析的研究框架与步骤,指出水文模型参数敏感性分析的计算效率、可靠性和参数的相关性是未来的主要研究方向。     

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。     

基于独立分量分析的拱坝位移预测模型

在逐步回归模型中,有些分量间存在比较强的相关性,如果直接利用线性回归方法处理,就会特别容易出现病态问题,这样得到的回归模型不合理。为了解决这一问题,引入独立分量分析方法(ICA),并运用基于负熵极大化的独立性准则的快速独立分量分析方法(FastICA)分离出独立分量,建立了某拱坝的安全监测位移预测模型;同时为了表明结果准确性,利用逐步回归方法建立了逐步回归模型。结果表明:独立分量回归方法(ICR)相比逐步回归方法可以建立一个比较准确的回归模型,由于独立分量回归分析方法没有剔除不显著因子,考虑了各个因子对因变量的影响,从而更加符合实际情况。     

渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究

为分析敞开式隧道掘进机（TBM）穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明：隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%,渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%;隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定;围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内,等效塑性应变极值出现在围岩腰线处;锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值,其最大值为182.90 MPa;衬砌内、外缘均处于受压状态,衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值,随后略微减小至稳定,其值在6.66~11.92 MPa范围内;衬砌的变形整体上表现为向内收缩,收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小,其值在0.67~1.35 mm范围内;随着排水量的增加,围岩最大径缩量逐渐增大,衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。