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Effects of data smoothing and recurrent neural network(RNN)algorithms for real-time forecasting of tunnel boring machine(TBM)performance
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作者 Feng Shan Xuzhen He +1 位作者 Danial Jahed Armaghani Daichao Sheng 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第5期1538-1551,共14页
Tunnel boring machines(TBMs)have been widely utilised in tunnel construction due to their high efficiency and reliability.Accurately predicting TBM performance can improve project time management,cost control,and risk... Tunnel boring machines(TBMs)have been widely utilised in tunnel construction due to their high efficiency and reliability.Accurately predicting TBM performance can improve project time management,cost control,and risk management.This study aims to use deep learning to develop real-time models for predicting the penetration rate(PR).The models are built using data from the Changsha metro project,and their performances are evaluated using unseen data from the Zhengzhou Metro project.In one-step forecast,the predicted penetration rate follows the trend of the measured penetration rate in both training and testing.The autoregressive integrated moving average(ARIMA)model is compared with the recurrent neural network(RNN)model.The results show that univariate models,which only consider historical penetration rate itself,perform better than multivariate models that take into account multiple geological and operational parameters(GEO and OP).Next,an RNN variant combining time series of penetration rate with the last-step geological and operational parameters is developed,and it performs better than other models.A sensitivity analysis shows that the penetration rate is the most important parameter,while other parameters have a smaller impact on time series forecasting.It is also found that smoothed data are easier to predict with high accuracy.Nevertheless,over-simplified data can lose real characteristics in time series.In conclusion,the RNN variant can accurately predict the next-step penetration rate,and data smoothing is crucial in time series forecasting.This study provides practical guidance for TBM performance forecasting in practical engineering. 展开更多
关键词 tunnel boring machine(TBM) Penetration rate(PR) Time series forecasting Recurrent neural network(RNN)
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Tunnelling performance prediction of cantilever boring machine in sedimentary hard-rock tunnel using deep belief network 被引量:2
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作者 SONG Zhan-ping CHENG Yun +1 位作者 ZHANG Ze-kun YANG Teng-tian 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第7期2029-2040,共12页
Evaluating the adaptability of cantilever boring machine(CBM) through in-depth excavation and analysis of tunnel excavation data and rock mass parameters is the premise of mechanical design and efficient excavation in... Evaluating the adaptability of cantilever boring machine(CBM) through in-depth excavation and analysis of tunnel excavation data and rock mass parameters is the premise of mechanical design and efficient excavation in the field of underground space engineering.This paper presented a case study of tunnelling performance prediction method of CBM in sedimentary hard-rock tunnel of Karst landform type by using tunneling data and surrounding rock parameters.The uniaxial compressive strength(UCS),rock integrity factor(Kv),basic quality index([BQ]),rock quality index RQD,brazilian tensile strength(BTS) and brittleness index(BI) were introduced to construct a performance prediction database based on the hard-rock tunnel of Guiyang Metro Line 1 and Line 3,and then established the performance prediction model of cantilever boring machine.Then the deep belief network(DBN) was introduced into the performance prediction model,and the reliability of performance prediction model was verified by combining with engineering data.The study showed that the influence degree of surrounding rock parameters on the tunneling performance of the cantilever boring machine is UCS > [BQ] > BTS >RQD > Kv > BI.The performance prediction model shows that the instantaneous cutting rate(ICR) has a good correlation with the surrounding rock parameters,and the predicting model accuracy is related to the reliability of construction data.The prediction of limestone and dolomite sections of Line 3 based on the DBN performance prediction model shows that the measured ICR and predicted ICR is consistent and the built performance prediction model is reliable.The research results have theoretical reference significance for the applicability analysis and mechanical selection of cantilever boring machine for hard rock tunnel. 展开更多
关键词 Urban metro tunnel Cantilever boring machine Hard rock tunnel Performance prediction model Linear regression Deep belief network
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Vibrations induced by tunnel boring machine in urban areas: In situ measurements and methodology of analysis 被引量:1
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作者 Antoine Rallu Nicolas Berthoz +1 位作者 Simon Charlemagne Denis Branque 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第1期130-145,共16页
Excavation with tunnel boring machine(TBM)can generate vibrations,causing damages to neighbouring buildings and disturbing the residents or the equipment.This problem is particularly challenging in urban areas,where T... Excavation with tunnel boring machine(TBM)can generate vibrations,causing damages to neighbouring buildings and disturbing the residents or the equipment.This problem is particularly challenging in urban areas,where TBMs are increasingly large in diameter and shallow in depth.In response to this problem,four experimental campaigns were carried out in different geotechnical contexts in France.The vibration measurements were acquired on the surface and inside the TBMs.These measurements are also complemented by few data in the literature.An original methodology of signal processing is pro-posed to characterize the amplitude of the particle velocities,as well as the frequency content of the signals to highlight the most energetic bands.The levels of vibrations are also compared with the thresholds existing in various European regulations concerning the impact on neighbouring structures and the disturbance to local residents. 展开更多
关键词 Ground-borne vibrations tunnel boring machine(TBM) In situ measurement Dynamic characterization Vibration levels Site spectrum
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Soft ground tunnel lithology classification using clustering-guided light gradient boosting machine
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作者 Kursat Kilic Hajime Ikeda +1 位作者 Tsuyoshi Adachi Youhei Kawamura 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第11期2857-2867,共11页
During tunnel boring machine(TBM)excavation,lithology identification is an important issue to understand tunnelling performance and avoid time-consuming excavation.However,site investigation generally lacks ground sam... During tunnel boring machine(TBM)excavation,lithology identification is an important issue to understand tunnelling performance and avoid time-consuming excavation.However,site investigation generally lacks ground samples and the information is subjective,heterogeneous,and imbalanced due to mixed ground conditions.In this study,an unsupervised(K-means)and synthetic minority oversampling technique(SMOTE)-guided light-gradient boosting machine(LightGBM)classifier is proposed to identify the soft ground tunnel classification and determine the imbalanced issue of tunnelling data.During the tunnel excavation,an earth pressure balance(EPB)TBM recorded 18 different operational parameters along with the three main tunnel lithologies.The proposed model is applied using Python low-code PyCaret library.Next,four decision tree-based classifiers were obtained in a short time period with automatic hyperparameter tuning to determine the best model for clustering-guided SMOTE application.In addition,the Shapley additive explanation(SHAP)was implemented to avoid the model black box problem.The proposed model was evaluated using different metrics such as accuracy,F1 score,precision,recall,and receiver operating characteristics(ROC)curve to obtain a reasonable outcome for the minority class.It shows that the proposed model can provide significant tunnel lithology identification based on the operational parameters of EPB-TBM.The proposed method can be applied to heterogeneous tunnel formations with several TBM operational parameters to describe the tunnel lithologies for efficient tunnelling. 展开更多
关键词 Earth pressure balance(EPB) tunnel boring machine(TBM) Soft ground tunnelling tunnel lithology Operational parameters Synthetic minority oversampling technique (SMOTE) K-means clustering
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铁路隧道TBM施工物料运输方式对比分析
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作者 齐梦学 曾绍毅 +2 位作者 杨庆辉 刘卓 郭志龙 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期1077-1085,共9页
为便于选择TBM施工物料运输方式,以铁路隧道为工程背景,首先,简要总结有轨运输和无轨运输2种运输方式的特点及其工程应用情况;然后,根据施工实践拟定典型工况,研究典型工况下的运输方案及设备配置,并从设备配置和工期2个方面对有轨运输... 为便于选择TBM施工物料运输方式,以铁路隧道为工程背景,首先,简要总结有轨运输和无轨运输2种运输方式的特点及其工程应用情况;然后,根据施工实践拟定典型工况,研究典型工况下的运输方案及设备配置,并从设备配置和工期2个方面对有轨运输和无轨运输进行详细对比分析。研究结果表明:1)有轨运输和无轨运输在铁路隧道TBM施工中技术上都是可行的,总工期无明显差异。2)我国配合TBM施工的内燃机车质量明显不高且突破难度较大,应努力提升电动机车的工程适应性、可靠性、耐久性以及人性化设计;同时,需要规范有轨运输设备配置要求、轨道铺设和维护质量,以提升有轨运输的效率。3)需要研究适合TBM施工工况且成本低、通用性好的无轨运输设备。 展开更多
关键词 铁路隧道 TBM 物料运输 有轨运输 无轨运输
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高海拔隧道施工粉尘运移特性及通风系统布置研究
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作者 聂兴信 李凯鹏 +4 位作者 洪勇 张鑫 马菁遥 王哲 王佳慧 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2269-2276,共8页
为了降低高海拔隧道掘进机(Tunnel Boring Machine, TBM)在施工过程中产生的粉尘污染并进一步提高通风除尘效果,进而改善作业人员工作环境,研究以某高原TBM施工隧道为研究对象,利用流体仿真模拟软件Fluent对长压短抽方式下不同送风风管... 为了降低高海拔隧道掘进机(Tunnel Boring Machine, TBM)在施工过程中产生的粉尘污染并进一步提高通风除尘效果,进而改善作业人员工作环境,研究以某高原TBM施工隧道为研究对象,利用流体仿真模拟软件Fluent对长压短抽方式下不同送风风管、除尘风管位置和抽压比参数进行计算,并将模拟结果与经验公式进行比较,分析粉尘在隧道内的运移特性。研究结果显示:长压短抽通风系统下的粉尘会在风流作用下向除尘风筒一侧运动,其中大部分粉尘会经过除尘风筒排出隧道外,小部分粉尘会在除尘风筒与隧道壁处形成聚集,且隧道内的机械设备对粉尘扩散有阻碍作用;当送风管口在距离掘进面约17 m时,隧道后程粉尘质量浓度较大,在距掘进面20 m处,隧道内的沿程粉尘质量浓度较小;当除尘风管在距掘进面12 m时,隧道内沿程粉尘质量浓度相对较大,作业环境恶劣。其中,作业人员集中区域的粉尘质量浓度最高,可达65.44 mg/m3,在距掘进面6 m位置处时,隧道环境较好。与抽压比为0.5相比,抽压比为0.8时隧道沿程粉尘质量浓度降低50%,除尘效果达到最佳。研究结论可为类似高原地区大断面TBM施工通风方案设计提供科学参考。 展开更多
关键词 安全卫生工程技术 高海拔 隧道掘进机(TBM)施工 粉尘运移
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小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法
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作者 杜立杰 郝洪达 +5 位作者 杨亚磊 李青蔚 张卫东 刘家驿 冯宏朝 贾连辉 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期1106-1115,共10页
小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟... 小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟,确定传统类型TBM能适应的最小转弯半径。然后,对双盾敞开式TBM的推进系统和导向系统进行针对性设计,通过分析双盾敞开式TBM推进系统结构和实际施工,提出转弯时双盾敞开式TBM推进油缸内外侧行程差值的理论计算方法和施工过程中的姿态调控方法。最后,得出如下结论:1)当隧道转弯半径小于200 m时,敞开式TBM适应难度较大,需要采用双盾敞开式TBM;2)结合抚宁抽水蓄能电站项目实际施工情况,提出的双盾敞开式TBM的理论计算方法和姿态调控方法确保了转弯段隧道的轴线偏差在要求范围内。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 选型设计 双盾敞开式TBM 小转弯掘进 姿态调控
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外部随机激励干扰下掘进机振动信号多传感采集方法
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作者 苏燕云 王淑坤 《电子器件》 CAS 2024年第3期679-684,共6页
掘进机运行过程中,在外部随机激励源的作用下,造成多传感器模式下的传感敏感性波动,结合振动信号不稳定,会导致采集的振动信号大幅度失真。为保证掘进机的稳定运行,提出多传感器模式下的随机激励振动信号采集方法。将掘进机看作多自由... 掘进机运行过程中,在外部随机激励源的作用下,造成多传感器模式下的传感敏感性波动,结合振动信号不稳定,会导致采集的振动信号大幅度失真。为保证掘进机的稳定运行,提出多传感器模式下的随机激励振动信号采集方法。将掘进机看作多自由度系统,建立设备动力学模型;结合掘进机动力学特征,利用虚拟激励法构建符合外部源的随机激励函数;在建立的随机激励下,选择传感器类型和参数并安装多个传感器,设定采样频率;根据正弦稳态校准方法需求,设计校准传感器采集系统,提高传感器敏感性;在随机激励函数约束下预测传感器输出延时,计算每次测量的同步误差和误差补偿值,通过补偿确保多传感器实现振动信号的同步动态采集。实验结果表明:在多传感模式下,这种方法降低了外部的随机迟滞干扰,在随机激励作用下采集到的掘进机多传感振动信号波形与实际波形相符。 展开更多
关键词 多传感器 掘进机 随机激励 动力学模型 敏感性 振动信号 动态采集
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HSP超前探测技术在煤矿TBM掘进巷道中的应用研究
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作者 张盛 陈召 +5 位作者 卢松 杨战标 冀畔俊 贺飞 鲁义强 刘佳伟 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期107-117,共11页
随着全断面掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)逐渐应用于煤矿岩巷掘进,对不良地质构造进行超前准确快速预测的需求日益迫切。通过对主动源地震波超前探测方法的特点和TBM破岩震源超前探测技术的适用性进行分析,结合煤矿巷道地质和生产条... 随着全断面掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)逐渐应用于煤矿岩巷掘进,对不良地质构造进行超前准确快速预测的需求日益迫切。通过对主动源地震波超前探测方法的特点和TBM破岩震源超前探测技术的适用性进行分析,结合煤矿巷道地质和生产条件,提出了适用于煤矿巷道TBM掘进的HSP超前探测方法。以河南平顶山首山一矿TBM掘进底板瓦斯治理巷道为工程背景,选用防爆硬件一体化设计的探测仪器在煤矿巷道中进行应用。构建了空间型观测方式对煤矿巷道近水平煤线进行探测,优化了双护盾TBM掘进巷道狭小空间检波器阵列式布置参数;基于时频分析、互相关干涉处理、反射与散射联合反演等方法处理原始信号并进行探测结果成像。研究表明:采用空间型观测方式可实现与巷道小角度斜交煤线的识别,设计震源与首检波器间距离为15 m时最优。通过时频分析提取有效信号,利用互相关干涉法获取虚拟震源道和反射特征曲线,并结合反射与散射联合反演成像得到探测区域地层反射能量分布图,能够较准确地推测得到围岩存在的不良地质构造。通过比较现场开挖揭露情况与探测结果发现两者吻合度较高,表明HSP超前探测方法可实现掘进工作面前方100 m范围内超前无损地质预测,有助于提高煤矿岩巷TBM掘进速度。 展开更多
关键词 煤矿岩巷 超前探测 水平声波探测法(HSP) TBM 破岩震源
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三模式掘进机选型及模式转换技术研究——以广州市地铁7号线为例 被引量:1
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作者 郭俊平 马经哲 +2 位作者 汤勇茂 尹富斌 罗杰 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第3期586-595,共10页
为解决复杂多变地层条件下单一模式或双模式掘进机适应性不足的问题,依托广州地铁7号线萝岗站—水西站区间三模式掘进机施工案例,开展三模式掘进机选型及模式转换技术研究。该区间包含软土、富水砂层、硬岩等复杂多变的地质,通过对区间... 为解决复杂多变地层条件下单一模式或双模式掘进机适应性不足的问题,依托广州地铁7号线萝岗站—水西站区间三模式掘进机施工案例,开展三模式掘进机选型及模式转换技术研究。该区间包含软土、富水砂层、硬岩等复杂多变的地质,通过对区间地质特征、掘进风险、模式适应性等方面的综合分析,结合三模式掘进机工程应用效果的反馈和进一步探究,确定三模式掘进机选型及模式转换方案。结果表明:1)长距离、高强度硬岩地层适合采用敞开式硬岩模式,沉降要求高的富水砂层适合采用泥水平衡模式,带孤石的软土地层适合采用土压平衡模式;2)集3种模式于一体的三模式掘进机能有效解决地铁盾构区间穿越多种复杂地层(软土地层、沉降控制要求高的地层以及硬岩地层)时的盾构选型和地层适应性问题,实现掘进机多模式一体、一键切换、一机多用;3)掘进模式转换流程、工艺的工程应用,形成了掘进模式快速、安全转换技术;4)硬岩掘进的双排渣方案能有效解决一般硬岩条件下的高效排渣(硬岩掘进螺旋输送机出渣模式)和硬岩富水条件下的防喷涌(硬岩掘进泥水出渣模式)问题。 展开更多
关键词 三模式掘进机 掘进机选型 转换流程 模式转换技术
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地铁施工物化阶段TBM区间碳排放核算与减排 被引量:1
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作者 王冬冬 毕延哲 +12 位作者 王春胜 黄华 唐丽茹 罗楚桓 李建强 赵康 彭仕坤 曹晓强 张阳 谢晓宇 黄福志 陈连军 王刚 《建筑节能(中英文)》 CAS 2024年第2期136-142,共7页
目前,国内外对土建工程碳排放的研究主要集中在住宅、办公建筑领域,对地铁建设工程碳排放的研究较少。为计量地铁TBM区间土建工程物化阶段碳排放,识别其排放特点,运用碳排放系数法建立了包含TBM区间土建实体、建造配套设备、运输施工机... 目前,国内外对土建工程碳排放的研究主要集中在住宅、办公建筑领域,对地铁建设工程碳排放的研究较少。为计量地铁TBM区间土建工程物化阶段碳排放,识别其排放特点,运用碳排放系数法建立了包含TBM区间土建实体、建造配套设备、运输施工机具、周转材料、劳动力在内的系统边界,将物化阶段划分为建材及预构件生产、建材及预构件运输、现场施工三个环节对碳排放进行计量。对碳排放因子进行了定义选取,构建了TBM区间各环节碳排放的计量模型并对青岛地铁典型TBM工段进行了案例分析,得到物化阶段三个环节的碳排放强度分别为4875.87 tCO_(2)/km、49.54 tCO_(2)/km、1780.04 tCO_(2)/km,总碳排放强度为6705.45 tCO_(2)/km。通过情景假设法,得出地铁TBM区间再生建材的使用可以带来1.21%~2.43%的减排效益。 展开更多
关键词 碳排放 青岛地铁 隧道掘进机(TBM) 物化阶段 碳减排
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基于图像分析的TBM掘进参数与岩碴特征关系研究
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作者 周小雄 肖禹航 +3 位作者 龚秋明 刘晓丽 刘俊豪 刘东鑫 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1142-1153,共12页
岩碴图像分析是隧道掘进机(tunnelboringmechine,TBM)智能掘进中实时破岩效率评价和掘进参数优化的重要手段。为了研究掘进参数与岩碴图像特征的关系,依托青岛地铁6号线创石区间TBM施工段,在一段较完整花岗岩地层中开展了分步推力掘进试... 岩碴图像分析是隧道掘进机(tunnelboringmechine,TBM)智能掘进中实时破岩效率评价和掘进参数优化的重要手段。为了研究掘进参数与岩碴图像特征的关系,依托青岛地铁6号线创石区间TBM施工段,在一段较完整花岗岩地层中开展了分步推力掘进试验,并通过搭载的岩碴图像分析系统对岩碴图像进行采集和分析。结果表明,岩碴图像的中位粒径d50、最大粒径dmax和粗糙度指数CI与推力、扭矩和贯入度之间均表现出正相关,与现场贯入指数FPI和工程比能SE之间均呈现出良好的负相关。当推力超过破岩临界值后,推力的提升将显著提高岩碴的d50和CI,而只有当推力进一步增大到一定水平后dmax才显著增大。此外,随着推力的提升,大岩片的二维形状逐渐呈现出长条形,其平均长短轴比也将增加,但是推力超过一定水平后,大岩片长短轴将保持不变。上述研究结果表明,岩碴粒径和形状参数均反映出破岩效率,可作为实时TBM掘进参数优化的评价指标。 展开更多
关键词 隧道掘进机 掘进试验 掘进参数 岩碴 掘进性能
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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
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作者 康凯 张飞儒 +5 位作者 王正中 许建建 刘彪 赵玮 刘铨鸿 王鑫 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期173-182,191,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 输水隧洞 断层破碎带 渗流-应力耦合 隧道掘进机(TBM) 支护结构 施工仿真
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天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究
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作者 李林峰 谭忠盛 +1 位作者 周振梁 彭文波 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期984-990,共7页
针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件... 针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。 展开更多
关键词 天山胜利隧道 敞开式TBM 断层破碎带 支护方式 围岩稳定性 钢管片支护
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基于VMD与加权RF的TBM掘进速度预测SHAP解释模型
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作者 张建明 侍克斌 +3 位作者 贾运甫 任志强 巴合特别克·达拉依汗 刘昭 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期1012-1028,共17页
为较准确地实现TBM掘进速度(PR)的预测,构建一套基于加权随机森林(RF)结合变分模态分解(VMD)的集成学习预测模型。模型建立过程中,通过收集来自KS隧洞与兰州水源地输水隧洞中涵盖不同岩性下的数据,利用VMD对数据进行4次模态分解,在保留... 为较准确地实现TBM掘进速度(PR)的预测,构建一套基于加权随机森林(RF)结合变分模态分解(VMD)的集成学习预测模型。模型建立过程中,通过收集来自KS隧洞与兰州水源地输水隧洞中涵盖不同岩性下的数据,利用VMD对数据进行4次模态分解,在保留数据特性的同时去除最高频噪音;采用SHAP对未加权传统RF从模型贡献角度进行特征度量,以此实现未加权传统RF加权,并使用RFECV与网格搜索对加权RF进行特征遴选、超参数优化;通过实际工程对模型的性能进行验证,基于SHAP理论对模型从全局与局部进行解释。结果表明:1)所建模型预测精度较高,其在测试集上的均方根误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)与决定系数(R^(2))分别为0.0649(m/h)^(2)、0.1875 m/h、0.9254。2)在实际工程的验证中,模型取得了MSE=0.0503(m/h)^(2)、MAE=0.1613 m/h、R^(2)=0.9505的性能表现,精度理想,且性能均高于常用的深度神经网络、支持向量回归、未加权传统RF。3)经过VMD处理可有效提升PR的预测精度,处理后的模型在测试集上MSE、MAE、R^(2)分别提升了82.50%、59.00%、33.25%。4)岩石单轴抗压强度是精准预测PR时最重要的因素,地质参数在预测中的交互性明显优于掘进参数。预测分析重要洞段的PR时,需结合全局与局部2个角度进行综合分析。 展开更多
关键词 TBM隧道 TBM掘进性能 净掘进速度预测 变分模态分解 随机森林
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基于TBM掘进大数据和特征参数的引水隧洞塌方分析
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作者 裴成元 张云旆 +2 位作者 刘军生 刘立鹏 曹瑞琅 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期952-963,共12页
针对TBM掘进过程中缺乏对围岩质量和塌方风险快捷、精准的预测预警方法,通过对TBM掘进大数据的深入挖掘,结合对实际工程塌方数据的剖析,提出潜在塌方风险的辅助判断依据。首先,对冗杂、连续的原始采集数据进行预处理,获取高质量的分析数... 针对TBM掘进过程中缺乏对围岩质量和塌方风险快捷、精准的预测预警方法,通过对TBM掘进大数据的深入挖掘,结合对实际工程塌方数据的剖析,提出潜在塌方风险的辅助判断依据。首先,对冗杂、连续的原始采集数据进行预处理,获取高质量的分析数据;然后,基于参数的相关性分析提出围岩特征参数的计算方法,并围绕特征参数的合理性和适用性,通过理论推导、室内试验和现场原位掘进试验进行论证;最后,结合实际的TBM塌方案例分析特征参数与围岩地质情况的相关性,提出塌方风险快速判断依据。结果表明:基于TBM掘进数据获取的围岩特征参数在一定程度上反映了围岩质量,其数值与围岩质量正相关,当其数值显著降低、变幅超过69.2%时,当前的掘进循环极大可能存在塌方风险。 展开更多
关键词 引水隧洞 TBM 大数据 围岩质量 特征参数 塌方分析
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岩石隧道掘进机不良地质施工处置技术
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作者 邢宇翔 王建锋 +4 位作者 范磊 姚志刚 方勇 文建华 晏佳斌 《铁道建筑》 北大核心 2024年第3期100-105,共6页
岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)凭借其高效优质、作业安全等特点在铁路、公路、地铁、水利水电等领域广泛应用,在普通地质环境下推广顺利。复杂地质环境下致灾源多,如硬岩岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水突泥等不良地质... 岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)凭借其高效优质、作业安全等特点在铁路、公路、地铁、水利水电等领域广泛应用,在普通地质环境下推广顺利。复杂地质环境下致灾源多,如硬岩岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水突泥等不良地质使TBM施工频繁出现围岩坍塌、支护失效、卡机淹井、设备损伤等问题。本文结合工程案例,从超前主动加固、注浆及锚固、管片支护、撑靴加固4个方面总结现有施工技术,以应对TBM穿越不良地质导致的刀盘卡机、护盾抱死、初期支护变形过大、撑靴打滑等问题,提升TBM在不良地质环境下的适应能力,为类似工程提供参考。 展开更多
关键词 铁路隧道 岩石隧道掘进机 施工技术 卡机 注浆及锚固技术 钢管片支护 撑靴加固
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高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究
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作者 冀国栋 王立川 +5 位作者 陈典华 王灿林 王宝友 李庆斌 黄江帆 陈霞飞 《施工技术(中英文)》 CAS 2024年第1期87-92,共6页
晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超... 晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。 展开更多
关键词 地下工程 输水隧洞 硬岩地层 双护盾TBM 突涌水 注浆
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护盾式TBM隧道管片壁后豆砾石分布规律
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作者 吴圣智 赵洪海 +4 位作者 谢宏强 董宇苍 方霖 王明年 刘越 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期150-160,共11页
作为管片与围岩间的连接层,TBM隧道中的豆砾石对管片受力具有重要意义。受施工技术、地质条件等影响,豆砾石填充不密实、分布不均匀的现象时常发生,导致管片出现错台、开裂、渗漏水等灾害,故探明豆砾石分布特征是分析管片受力的基础。对... 作为管片与围岩间的连接层,TBM隧道中的豆砾石对管片受力具有重要意义。受施工技术、地质条件等影响,豆砾石填充不密实、分布不均匀的现象时常发生,导致管片出现错台、开裂、渗漏水等灾害,故探明豆砾石分布特征是分析管片受力的基础。对此,依托青岛地铁TBM隧道项目,采用地质雷达对管片壁后豆砾石分布特征进行现场测试,并进行单环管片豆砾石吹填数值模拟,分析了隧道直行段、转弯段豆砾石在管片壁后的迁移过程,讨论了地质条件、吹填压力、塌方等因素对吹填质量的影响规律。结果表明:在TBM隧道施工中,拱顶、隧底及转弯段外侧下部为豆砾石空洞多发部位,拱顶与隧底空洞长度大于1m,主要表现为层间脱空,转弯段外侧下部豆砾石空洞规模较小且不密实;地质条件越差,豆砾石出现空洞的概率及规模越大,强风化地层表现最为明显;塌方通过阻碍豆砾石迁移路径、增加碰撞耗能影响豆砾石吹填质量,但影响范围仅在塌方处;提升豆砾石吹填压力可以改善拱顶和隧底豆砾石填充状态,地质条件越好,改善程度越明显,强风化地层豆砾石吹填质量改善不明显;管片壁后豆砾石空洞按照形成原因分为3类:碰撞耗能、塌方掉块和转弯段间隙变小,并给出了3类空洞的多发部位、特征及施工控制建议。 展开更多
关键词 隧道工程 全断面隧道掘进机 管片 豆砾石 分布特征
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隧道掘进机快速拆装举撑液压系统仿真
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作者 李楠 刘彦军 +4 位作者 王国政 李恒 胡瑞 徐莉萍 李跃松 《机床与液压》 北大核心 2024年第13期200-204,共5页
针对隧道掘进机(TBM)在施工现场因空间限制无法满足调试所需较大空地的问题,设计一种用于TBM洞内快速拆装变位的举撑液压系统。该液压系统由4组顶升单元构成,通过4组顶升单元同步运动实现TBM的起吊和举撑;液压顶升单元由4根四级液压缸... 针对隧道掘进机(TBM)在施工现场因空间限制无法满足调试所需较大空地的问题,设计一种用于TBM洞内快速拆装变位的举撑液压系统。该液压系统由4组顶升单元构成,通过4组顶升单元同步运动实现TBM的起吊和举撑;液压顶升单元由4根四级液压缸、液压控制系统、激光位移传感器和机架构成。基于AMESim建立四级液压缸、变量泵和比例节流阀以及整个顶升单元的液压仿真模型,通过仿真分析负载下液压缸运动的速度、位移和压力曲线。结果表明:改变比例节流阀的输入信号可以实现四级液压缸速度的变化;泵出口压力可由比例溢流阀调整;在2.5×105 N的额定负载下,四级缸的换级工作腔压力逐级上升;随着换级,活塞杆伸出速度逐渐上升。与理论计算对比显示,建立的TBM洞内快速拆装液压系统顶升单元的AMESim仿真结果和理论值基本吻合。 展开更多
关键词 隧道掘进机 快速拆装举撑液压系统 同步运动 AMESIM仿真
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