超千米深部全断面岩石掘进机卡机机理

为了解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,拟将全断面岩石隧道掘进机（TBM）在解决关键岩石力学问题和机械制造问题的基础上加以改进引入到超千米深井巷道建设。然而深部高应力挤压变形将导致TBM的护盾极易被卡塞。揭示了TBM的卡机机理：当护盾周围围岩变形量超过开挖预留的变形量,围岩开始与护盾接触并挤压护盾,进而在TBM推进时围岩对护盾产生摩擦阻力,当TBM推力无法克服围岩对护盾产生的摩擦阻力时,便导致TBM护盾被卡。提出了相应的卡机状态判据。提出了判断护盾被卡状态的理论计算方法及过程：考虑工作面空间效应,基于Hoek-Brown准则研究了护盾周围围岩收敛变形沿巷道轴向的变化规律,计算出作用在护盾上的围岩压力,进而计算围岩对护盾的摩擦阻力,最后根据卡机状态判据判断护盾是否被卡。     

Overview of Helium Cooled Ceramic Reflector Test Blanket Module development in Korea

Korea plans to install and test Helium Cooled Ceramic Reflector (HCCR) Test Blanket Module (TBM) in the ITER, because the HCCR blanket concept is one of options of the DEMO blanket. Currently, many design and R&D activities have been performed to develop the Korean HCCR TBM. An integrated design tool for a fusion breeder blanket has been developed based on nuclear technologies including a safety analysis for obtaining a license for testing in the ITER. A half-scale sub-module mockup of the first wall with the manifold was fabricated, and the manufacturability and thermo-hydraulic performances were evaluated. High heat load and helium cooling test facilities have been constructed. Next, the recent status of TBM material development in Korea was introduced including Reduced Activation Ferritic Martensitic (RAFM) steel, lithium ceramic pebbles and silicon carbide (SiC) coated graphite pebbles. Several fabrication methods of RAFM steel, lithium ceramic pebbles, and silicon carbide coating on graphite pebbles were investigated. Recent design and R&D progress on these areas are introduced here.     

达坂引水隧洞TBM选型

结合大坂隧洞工程地质特征,开展长大引水隧洞掘进机选型研究,确定达坂引水隧洞采用双护盾隧洞掘进机。介绍了掘进机遇到高地应力软岩、高外水压力以及膨胀岩地段的通过技术,同时介绍了出现涌水、涌泥、涌砂等灾害时的应对措施与方法。研究表明,长大隧洞掘进机选型关系着工程建设的成败,其选型应在满足成本、效率和安全性要求基础上,与工程的具体地质条件相适应,尤其是不良地质地段的通过技术和相应的设备改造与支护技术,对于选型成功具有重要意义。     

隧洞盾构支护荷载及管片选型

针对达坂隧洞不同围岩类别,分析普氏压力拱理论与太氏理论计算局限性与适用条件,对硬岩段采用现场地应力实测与有限元反演分析相结合方法确定支护荷载,并分析管片受力情况,从而对管片进行选型。工程应用表明,上述方法较为可行,施工效果良好。     

TBM施工隧洞塑性变形围岩的处理与监测分析

文章介绍了大伙房水库输水工程TBM1施工段26+960-27+691洞段围岩发生塑性变形、侵占设计断面的处理措施,同时设计布置了永久性监测仪器。通过对仪器采集数据等相关资料的科学分析,表明该段隧洞围岩处于稳定状态。     

导弹预警卫星对TBM发射点参数估计精度分析

基于TBM助推段交汇定位和弹道建模方法，分析讨论了TBM发射点参数估计模型和精度影响因素，重点考虑星载传感器LOS测量误差的影响，通过仿真分析给出了扫描相机、凝视相机对两种不同射程TBM发射点位置和发射时刻的估计精度。     

隧道掘进机管片衬砌受力的数值模拟

这里讨论了隧道掘进机管片衬砌在各种工况下的受力，并利用有限元方法分析建立了管片衬砌受力的力学模型和各种栽荷的计算方法。通过计算，论证了管片衬砌在各种栽荷作用下满足强度要求以及变形控制在允许的范围内。     

不同模式下 TBM 刀群三维回转切削仿真与优化设计

针对TBM刀群回转切削问题,建立了17寸盘形滚刀刀群切削岩石的数值仿真模型,使用有限元仿真分析软件ANSYS LS-DYNA对不同工作模式下的盘形滚刀回转切削岩石工作过程进行仿真。仿真结果表明,通过对盘形滚刀刀间距进行优化设计,分析不同刀间距下滚刀的力学参数,得到在该地质条件下,中心滚刀最优刀间距为75 mm、正滚刀最优刀间距为80 mm;通过对边滚刀安装角度进行优化,分析不同安装角度下滚刀的力学参数,得到边滚刀最优安装角度为6．5°;通过对滚刀切削岩石的顺次切削角度进行优化,分析不同顺次切削角度下滚刀的力学参数,得到正滚刀最优顺次切削角度为30°、边滚刀为20°。     

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。     

全断面硬岩掘进机的推进速度自适应控制

针对全断面硬岩掘进机(TBM)在掘进过程中负载的不确定性和突变性的问题,提出了一种基于BP神经网络的PID控制策略,增强了推进速度对负载扰动的抑制能力.在分析TBM液压推进系统原理和实际掘进参数的基础上,建立了TBM液压推进系统数学模型,设计了基于BP神经网络的TBM推进速度PID控制器,并采用AmeSim和Matlab联合仿真工具搭建TBM推进系统模型,验证不均匀负载突变下推进速度的控制效果.仿真结果表明:相比于传统PID控制,所提出的控制器能减小不确定性扰动对控制系统的影响,并快速跟踪设定值,实现对TBM推进速度的精确控制.