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Open TBM Tunnel Intelligent Construction Technology 被引量:2
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作者 LIU Yongsheng CHEN Qiao +4 位作者 ZHANG Hepei LI Shu′ao LIN Chungang YIN Long LI Mengyu 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第4期816-833,I0025-I0042,共36页
To fully leverage the advantages of mechanization and informatization in tunnel boring machine(TBM)operations,the authors aim to promote the advancement of tunnel construction technology toward intelligent development... To fully leverage the advantages of mechanization and informatization in tunnel boring machine(TBM)operations,the authors aim to promote the advancement of tunnel construction technology toward intelligent development.This involved exploring the deep integration of next-generation artificial intelligence technologies,such as sensing technology,automatic control technology,big data technology,deep learning,and machine vision,with key operational processes,including TBM excavation,direction adjustment,step changes,inverted arch block assembly,material transportation,and operation status assurance.The results of this integration are summarized as follows.(1)TBM key excavation parameter prediction algorithm was developed with an accuracy rate exceeding 90%.The TBM intelligent step-change control algorithm,based on machine vision,achieved an image segmentation accuracy rate of 95%and gripper shoe positioning error of±5 mm.(2)An automatic positioning system for inverted arch blocks was developed,enabling real-time perception of the spatial position and deviation during the assembly process.The system maintains an elevation positioning deviation within±3 mm and a horizontal positioning deviation within±10 mm,reducing the number of surveyors in each work team.(3)A TBM intelligent rail transportation system that achieves real-time human-machine positioning,automatic switch opening and closing,automatic obstacle avoidance,intelligent transportation planning,and integrated scheduling and command was designed.Each locomotive formation reduces one shunter and improves comprehensive transportation efficiency by more than 20%.(4)Intelligent analysis and prediction algorithms were developed to monitor and predict the trends of the hydraulic and gear oil parameters in real time,enhancing the proactive maintenance and system reliability. 展开更多
关键词 tunnel open tbm intelligent construction deep learning machine vision
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基于机器学习的煤系地层TBM掘进巷道围岩强度预测 被引量:1
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作者 丁自伟 高成登 +6 位作者 景博宇 黄兴 刘滨 胡阳 桑昊旻 徐彬 秦立学 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期49-60,共12页
为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)... 为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种机器学习算法作为基学习器,线性回归(LR)算法作为元学习器,提出了一种基于Stacking集成算法的预测模型,并对比分析了Stacking集成算法与单一机器学习算法模型的预测性能。结果表明:二值判别与箱线图可有效对原始数据进行预处理;模型的主要输入特征参数为刀盘推力F、刀盘扭矩T、贯入度FPI、刀盘转速RPM、刀盘振动加速度A;Stacking模型在测试集上的拟合优度可达0.976,而均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分误差分别仅有0.031,0.148和0.092,与其他3种模型相比,其拟合优度最高,误差指标数值最小,集成模型具有更高的预测精度,能够有效地预测煤矿TBM掘进巷道围岩点荷载强度。研究验证了Stacking模型的准确性,可为煤矿TBM掘进参数控制和巷道支护参数调整提供科学的参考依据。 展开更多
关键词 煤矿全断面掘进机 tbm掘进参数 Stacking集成算法 数据预处理 围岩强度预测
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TBM智能施工研究进展及展望 被引量:3
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作者 刘耀儒 侯少康 +4 位作者 魏芳 喻葭临 何伟 程立 焦鹏程 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期21-45,共25页
TBM目前已集成上百个传感器和信息采集系统,可实时记录反映TBM施工状况及工作性能的运行数据,为开展数据驱动研究及实现TBM智能施工提供了良好的契机。在分析近年来TBM机器学习相关研究成果的基础上,综述TBM智能施工的研究进展。首先,... TBM目前已集成上百个传感器和信息采集系统,可实时记录反映TBM施工状况及工作性能的运行数据,为开展数据驱动研究及实现TBM智能施工提供了良好的契机。在分析近年来TBM机器学习相关研究成果的基础上,综述TBM智能施工的研究进展。首先,以引松工程3标段为例,介绍TBM运行参数及运行数据的基本情况,分析TBM控制参数及掘进循环的各工作阶段划分;然后,系统归纳TBM掘进过程隧道(洞)围岩智能感知、TBM掘进过程地质灾害预测预警、TBM掘进控制参数辅助决策3方面的研究进展;最后,结合当前的技术水平和研究现状,探讨目前研究中存在的瓶颈,并提出对后续研究展望的建议,即多源数据互补信息的利用、专业机制知识-数据的融合驱动、新工程/工况应用场景的迁移学习是该领域有待进一步研究的方向。 展开更多
关键词 tbm智能施工 运行数据 围岩感知 地质灾害预测 掘进参数优化
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煤矿岩巷TBM快速掘进研究进展与展望 被引量:1
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作者 严红 吴林 +1 位作者 李桂臣 宋维斌 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期1-7,共7页
基于TBM在岩巷掘进中的显著优势,分析了我国煤矿岩巷TBM发展阶段分类及总体特点,归纳了2015—2024年煤矿岩巷TBM应用特征,包括主要应用省份、岩巷类型、刀盘直径和生产集团;分别从超前探测和预测预报技术、矿井生产地质条件适应性技术... 基于TBM在岩巷掘进中的显著优势,分析了我国煤矿岩巷TBM发展阶段分类及总体特点,归纳了2015—2024年煤矿岩巷TBM应用特征,包括主要应用省份、岩巷类型、刀盘直径和生产集团;分别从超前探测和预测预报技术、矿井生产地质条件适应性技术和巷道围岩稳定性控制技术三个方面分析了煤矿岩巷TBM掘进技术现状;最后从深部岩巷围岩稳定性控制、超前探测和掘进参数、装备构件适应性和快速组装工艺三个方面对煤矿TBM后续研究提出展望,对于煤矿TBM设计和应用具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 全断面掘进机(tbm) 岩巷 快速掘进 围岩控制 智能化煤矿
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不同围压下TBM盘形滚刀破岩机理与比能耗研究
5
作者 周鹏 尚建旭 +3 位作者 张天宇 徐佳璨 王子男 何恩光 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期887-894,共8页
为探究不同围压下TBM盘形滚刀的破岩效率与破碎岩片的破坏模式,采用离散元软件PFC2D,基于伺服原理及线性平行黏结理论,通过对花岗岩进行参数标定生成仿真岩石模型,进而建立滚刀二维仿真破岩模型。在滚刀破岩模型的基础上分别设置1、5、1... 为探究不同围压下TBM盘形滚刀的破岩效率与破碎岩片的破坏模式,采用离散元软件PFC2D,基于伺服原理及线性平行黏结理论,通过对花岗岩进行参数标定生成仿真岩石模型,进而建立滚刀二维仿真破岩模型。在滚刀破岩模型的基础上分别设置1、5、10、15、20、30 MPa 6种围压工况,并在6种围压工况下进行滚刀侵入岩石内部5 mm的仿真模拟,对岩石内部微裂纹的扩展、滚刀破岩比能耗、张拉剪切裂纹数量的变化以及破碎岩片的破坏模式进行研究。研究结果表明:1)随着围压的增大,岩石内部裂纹的破坏模式由沿晶裂纹逐渐向穿晶裂纹转变,剪切裂纹占比由9.4%(围压为1 MPa)上升到21.3%(围压为30 MPa)。2)在围压为10 MPa的工况下,两滚刀间裂纹贯通,脱落的岩片体积较其他5种围压工况下明显偏大,此时破岩比能耗较低,破岩效果较好。3)滚刀侵入岩石5 mm后,随着围压的增大岩石内部的裂纹在径向上的扩展被限制。 展开更多
关键词 tbm 围压 裂纹拓展 破岩机理 比能耗 盘形滚刀
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国产再制造TBM在软岩隧道中的防卡机改造研究 被引量:1
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作者 张晓平 刘勇斌 +3 位作者 张春瑜 李馨芳 王红武 刘泉声 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期402-414,共13页
为提升再制造敞开式TBM在软岩隧道中的防卡机脱困能力,以大凉山1号隧道平导为例,通过工程实践对比分析再制造TBM防卡机改造的必要性,提出针对主驱动、支护系统和刀盘扩挖系统的防卡机改造方案。工程实践表明:1)通过更换主驱动减速机,再... 为提升再制造敞开式TBM在软岩隧道中的防卡机脱困能力,以大凉山1号隧道平导为例,通过工程实践对比分析再制造TBM防卡机改造的必要性,提出针对主驱动、支护系统和刀盘扩挖系统的防卡机改造方案。工程实践表明:1)通过更换主驱动减速机,再制造TBM的额定转矩和脱困转矩可提高38%;2)护盾和管棚钻机的改造可实现利用护盾导向孔快速施作超前管棚,一体化齿圈可确保管棚钻机和应急喷射混凝土设备的快速移动和准确定位,形成以护盾、锚杆、钢筋排、应急喷射混凝土和钢拱架相结合的连续封闭支护体系;3)提出边滚刀外移和预留扩挖刀箱的扩挖方案,结合主驱动抬升技术可满足再制造TBM在软弱围岩洞段长距离连续扩挖掘进的需求。通过软弱围岩洞段防卡机处置案例及其整体应用效果,验证了上述防卡机改造方案的可行性及有效性。 展开更多
关键词 敞开式tbm 再制造 防卡机 结构改造 软岩 公路隧道
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Utilizing partial least square and support vector machine for TBM penetration rate prediction in hard rock conditions 被引量:11
7
作者 高栗 李夕兵 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期290-295,共6页
Rate of penetration(ROP) of a tunnel boring machine(TBM) in a rock environment is generally a key parameter for the successful accomplishment of a tunneling project. The objectives of this work are to compare the accu... Rate of penetration(ROP) of a tunnel boring machine(TBM) in a rock environment is generally a key parameter for the successful accomplishment of a tunneling project. The objectives of this work are to compare the accuracy of prediction models employing partial least squares(PLS) regression and support vector machine(SVM) regression technique for modeling the penetration rate of TBM. To develop the proposed models, the database that is composed of intact rock properties including uniaxial compressive strength(UCS), Brazilian tensile strength(BTS), and peak slope index(PSI), and also rock mass properties including distance between planes of weakness(DPW) and the alpha angle(α) are input as dependent variables and the measured ROP is chosen as an independent variable. Two hundred sets of data are collected from Queens Water Tunnel and Karaj-Tehran water transfer tunnel TBM project. The accuracy of the prediction models is measured by the coefficient of determination(R2) and root mean squares error(RMSE) between predicted and observed yield employing 10-fold cross-validation schemes. The R2 and RMSE of prediction are 0.8183 and 0.1807 for SVMR method, and 0.9999 and 0.0011 for PLS method, respectively. Comparison between the values of statistical parameters reveals the superiority of the PLSR model over SVMR one. 展开更多
关键词 tunnel boring machine(tbm performance prediction rate of penetration(ROP) support vector machine(SVM) partial least squares(PLS)
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基于CNN-LSTM-Adaboost模型的TBM掘进参数和隧洞围岩等级预测
8
作者 戴明健 焦玉勇 +3 位作者 裴成元 贾运甫 梁峰 张鹏 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第2期160-170,共11页
硬岩隧道掘进机(TBM)在现今隧洞建设中的应用日益广泛,但是TBM深埋于地下,对地下围岩状况和掘进参数的感知能力不高,精准预测掘进参数和围岩等级对于保证TBM掘进安全具有重要意义。基于新疆某引水工程的TBM现场掘进参数和隧洞围岩地质数... 硬岩隧道掘进机(TBM)在现今隧洞建设中的应用日益广泛,但是TBM深埋于地下,对地下围岩状况和掘进参数的感知能力不高,精准预测掘进参数和围岩等级对于保证TBM掘进安全具有重要意义。基于新疆某引水工程的TBM现场掘进参数和隧洞围岩地质数据,选择TBM掘进稳定段的推力、扭矩、转速、净掘进速度、施工速度、开挖比能作为模型输入参数,建立了卷积神经网络优化的长短时时序-自适应提升(CNN-LSTM-Adaboost)模型,预测各等级围岩条件下的掘进参数,并依据掘进参数数据集训练模型预测了隧洞围岩等级。结果表明:CNN-LSTM-Adaboost模型具有较高的预测精度,大部分数据的预测相对误差率(Er)在10%以内,均方根误差(RMSE)在5以内,平均绝对百分比误差(MAPE)在10%以内,拟合优度(R^(2))在0.9以上;同时,CNN-LSTM-Adaboost模型对基于掘进参数对隧洞围岩等级的识别准确率较高,综合准确率(ACC)达90%,可以应用于指导工程实践。 展开更多
关键词 硬岩隧道掘进机(tbm) 掘进参数 掘进安全 CNN-LSTM-Adaboost模型 围岩等级
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基于NRBO-XGBoost和ABKDE融合可解释模型的TBM掘进速度预测
9
作者 杨腾杰 高新强 +4 位作者 杨志国 孔超 董北毅 李铁峰 朱正国 《河南科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期73-87,M0006,M0007,共17页
精准可靠的隧道掘进机(TBM)掘进速度预测对于提升施工效率、保障施工安全具有重要工程价值。针对现有TBM掘进速度预测模型精度较差和对施工时不确定性考虑不足的局限,提出了一种基于机器学习的可解释性TBM掘进速度区间预测方法。首先,... 精准可靠的隧道掘进机(TBM)掘进速度预测对于提升施工效率、保障施工安全具有重要工程价值。针对现有TBM掘进速度预测模型精度较差和对施工时不确定性考虑不足的局限,提出了一种基于机器学习的可解释性TBM掘进速度区间预测方法。首先,收集国内多组TBM隧道工程数据,选取岩石单轴抗压强度(UCS)、岩体完整性系数(Kv)、推力(TF)与刀盘转速(RPM)作为输入特征,构建基于牛顿拉弗森优化(NRBO)算法与交叉验证策略协同优化的极端梯度提升(XGBoost)点预测模型,并引入可解释性(SHAP)框架解析特征参数对预测结果的贡献度。进而,采用自适应带宽核密度估计(ABKDE)方法对点预测结果进行不确定性量化,实现掘进速度的区间预测。最后,通过伊朗克尔曼输水隧洞工程案例验证模型有效性。研究结果表明:与未采用NRBO算法的XGBoost模型相比,NRBO-XGBoost模型的预测误差均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别降低了13.9%、19.1%和0.7%,决定系数R2提高了0.0151;特征重要性排序为UCS(0.4156)>TF(0.1554)>RPM(0.1045)>Kv(0.0047),揭示岩石强度为掘进速度的主导影响因素;所提模型在区间预测性能上超越了自适应提升(AdaBoost)和随机森林(RF)模型,NRBO-XGBoost、AdaBoost和RF模型的预测区间覆盖概率(PICP)分别达到92.1%、88.4%和90.2%,具备更优的不确定性量化能力;工程实例验证中,点预测R2达0.9676且预测区间完全覆盖实测值,证实模型具有良好工程适用性。 展开更多
关键词 隧道掘进机 掘进速度 区间预测 融合模型 机器学习 NRBO算法 可解释性
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TBM 隧道工程数据预处理软件开发及应用
10
作者 肖浩汉 皮进 +2 位作者 张雯 曹瑞琅 于洪涛 《铁道建筑》 北大核心 2025年第4期99-105,共7页
针对隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)施工数据的海量性、多源性、异构性、低价值密度等问题,通过对多个TBM隧道项目的数据进行深入分析,运用阈值设定、统计分析及机器学习技术,构建了数据集成预处理方法,并研发了一套TBM‑Process... 针对隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)施工数据的海量性、多源性、异构性、低价值密度等问题,通过对多个TBM隧道项目的数据进行深入分析,运用阈值设定、统计分析及机器学习技术,构建了数据集成预处理方法,并研发了一套TBM‑Processing数据预处理软件。该软件可以实现有效数据筛选、异常掘进段落识别、掘进参数降噪等功能。将软件应用于相关工程的塌方风险识别、扭矩贯入指标预测和掘进速度预测,并对处理前后的数据进行了对比。结果表明,较预处理前的数据相比,预处理后的数据离散程度降低,预测模型精确度提升,不良地质条件识别误差减少。研究成果可为不同工程背景下TBM掘进数据预处理提供理论依据。 展开更多
关键词 隧道工程 tbm 数据预处理 软件开发 机器学习 场景预测 数字孪生
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临空面辅助的TBM滚刀群掘进试验与数值模拟
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作者 耿麒 赵振平 +7 位作者 陈建勋 刘伟伟 罗彦斌 马茂勋 李东 冯如兵 吴特力根 李坤 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期759-768,共10页
为了揭示临空面下全断面岩石隧道掘进机(TBM)滚刀群动态掘进效果,开展中导洞辅助下全尺度滚刀群掘进围岩室内试验,进行预切槽辅助下全尺度滚刀群掘进围岩数值模拟,评价分级刀盘式和水射流辅助式TBM的临空面辅助围岩掘进特性与效果.对于... 为了揭示临空面下全断面岩石隧道掘进机(TBM)滚刀群动态掘进效果,开展中导洞辅助下全尺度滚刀群掘进围岩室内试验,进行预切槽辅助下全尺度滚刀群掘进围岩数值模拟,评价分级刀盘式和水射流辅助式TBM的临空面辅助围岩掘进特性与效果.对于单轴抗压强度约为40 MPa的围岩,中导洞临空面结构呈“竖直—倾斜—水平—竖直”演化规律,影响区域集中在近临空面侧2~4把滚刀,临空面的临界间距和高度分别为180、130 mm,掘进推力降低10%~20%,围岩可掘进性提升6.7%~21.0%.破岩载荷随同心环预切槽深度增大而先减小后稳定,破岩效率随切槽深度增大而先提高后稳定.切槽深度的临界值为40 mm,与无预切槽情况相比,掘进推力减小至少36%,掘进效率提升至少56%.增大临空面影响范围可提升分级刀盘式TBW破岩掘进效果. 展开更多
关键词 全断面岩石隧道掘进机 临空面 滚刀破岩 刀盘掘进 预切槽
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预切缝辅助TBM滚刀破岩贯入荷载演化规律
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作者 蒋亚龙 徐彭楚璇 +2 位作者 曾建军 徐长节 熊扶阳 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2025年第1期63-70,共8页
基于全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)滚刀贯入室内模型试验,研究了3种不同破岩模式(完整岩样破岩、同轨迹破岩和异轨迹破岩)在不同围压条件下高强度花岗岩样贯入荷载演化特征,重点揭示贯入荷载-贯入度特征曲线、峰值荷载... 基于全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)滚刀贯入室内模型试验,研究了3种不同破岩模式(完整岩样破岩、同轨迹破岩和异轨迹破岩)在不同围压条件下高强度花岗岩样贯入荷载演化特征,重点揭示贯入荷载-贯入度特征曲线、峰值荷载、最大跌落幅值变化规律,获取不同破岩模式在不同围压条件下TBM滚刀受力特性。结果表明:1)高围压组贯入荷载-贯入度特征曲线较低围压组先跌落,跌落幅度较小,但其对应的贯入荷载并非峰值荷载,而低围压组初次跌落荷载为峰值荷载,且跌落幅值较大;2)在中高围压10~15 MPa时,峰值荷载及贯入荷载最大跌落幅值均最小,表明此围压范围较利于TBM的掘进;3)低围压条件下选用异轨迹破岩模式较同轨迹破岩模式能更有效地降低TBM滚刀贯入荷载,但同轨迹破岩模式的岩样发生楔裂破坏,其最大跌落幅值最小,更能减少刀具所受冲击荷载,减少刀具磨损。 展开更多
关键词 高强度超硬岩 全断面隧道掘进机 预切缝 破岩模式 贯入荷载
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EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术 被引量:1
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作者 段岳强 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第1期237-243,共7页
[目的]EPB(土压平衡盾构机)/TBM(全断面硬岩掘进机)双模盾构机在掘进过程中由于刀具磨损过于严重,掘进参数设置不当等问题,易引起卡机等事故,进而严重影响施工工期,甚至引发安全事故,需对EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术进行研究... [目的]EPB(土压平衡盾构机)/TBM(全断面硬岩掘进机)双模盾构机在掘进过程中由于刀具磨损过于严重,掘进参数设置不当等问题,易引起卡机等事故,进而严重影响施工工期,甚至引发安全事故,需对EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术进行研究。[方法]依托深圳地铁8号线二期三工区大梅沙站—小梅沙站区间隧道工程,基于EPB/TBM双模盾构机在全断面微风化硬岩掘进过程中的卡机事故全过程,系统地阐述了EPB/TBM双模盾构机的卡机脱困流程,并对卡机至脱困过程的掘进参数演变规律进行分析,总结盾构机卡机事故原因,并提出对应的预防措施及建议。[结果及结论]盾构机卡机主要由多因素共同作用引起,其中刀盘及刀具的异常磨损是核心原因之一。通过及时排查相关掘进参数的异常变化,如盾构掘进速度骤降,刀盘扭矩骤降,总顶推力显著提升,可提前预警甚至避免卡机现象的发生。排查时结合对刀盘和土仓内渣土堆积情况的综合判定,能够显著减少卡机现象的发生并防止其进一步加剧。通过盾构机卡机位置确定、切口环岩体破除、顶撑工装焊接、盾构机试推进、第一部分盾体切割及岩体破除、第二部分盾体切割及岩体破除、切割盾体原位焊接及盾构机恢复掘进等工序可实现成功脱困。 展开更多
关键词 地铁 EPB/tbm双模盾构机 卡机脱困技术 硬岩
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利用HHO-LSTM-SVR模型预测TBM掘进参数
14
作者 满轲 曹子祥 +2 位作者 刘晓丽 宋志飞 刘汭琳 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第8期123-132,共10页
针对单一模型对TBM掘进参数预测准确度低、泛化性低等问题,利用改进最小二乘法集成哈里斯鹰优化(HHO)算法优化的长短期记忆(LSTM)网络和支持向量机回归(SVR)算法,构建一种实现TBM掘进参数高精度智能预测的混合模型(HHO-LSTM-SVR模型)。... 针对单一模型对TBM掘进参数预测准确度低、泛化性低等问题,利用改进最小二乘法集成哈里斯鹰优化(HHO)算法优化的长短期记忆(LSTM)网络和支持向量机回归(SVR)算法,构建一种实现TBM掘进参数高精度智能预测的混合模型(HHO-LSTM-SVR模型)。利用HHO-LSTM-SVR模型进行不同隧道围岩等级TBM掘进参数预测,并选择哈里斯鹰优化算法优化的GRU模型和BP模型与HHO-LSTM-SVR模型进行预测误差对比分析,最后采用灰色关联度分析方法计算预测模型输入变量对输出变量的重要性。结果表明:隧道围岩等级越高,掘进参数的预测精度越高,Ⅱ级围岩各掘进参数平均相对误差绝对值为0.01,而Ⅳ级围岩为0.05;推力、转速和扭矩的预测精度相对较高,施工速度的预测精度最低;HHO-LSTM-SVR模型预测结果平均相对误差绝对值比各单一模型小57.68%,各单一模型预测性能相较于HHO-LSTM-SVR模型更低;TBM掘进不同等级的隧道围岩时岩机相互作用规律存在较大差异;利用改进最小二乘法集成组合2个单一模型可以有效提高模型预测准确度、泛化性和鲁棒性。 展开更多
关键词 tbm 掘进参数 隧道围岩等级 岩机相互作用规律 HHO-LSTM-SVR模型
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敞开式TBM前置式超前钻探及注浆加固技术研究——在首台国产再制造TBM上的应用
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作者 苟承志 刘勇斌 +2 位作者 张晓平 李馨芳 刘丙森 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第4期834-843,共10页
为解决传统敞开式TBM在进行超前管棚注浆加固时存在管棚倾角过大、支护范围不足等问题,依托乐西高速大凉山1号隧道工程,提出一种适用于敞开式TBM的前置式超前钻探注浆加固技术。对首台国产再制造TBM的护盾结构、多功能齿圈和管棚钻机等... 为解决传统敞开式TBM在进行超前管棚注浆加固时存在管棚倾角过大、支护范围不足等问题,依托乐西高速大凉山1号隧道工程,提出一种适用于敞开式TBM的前置式超前钻探注浆加固技术。对首台国产再制造TBM的护盾结构、多功能齿圈和管棚钻机等进行针对性改造,开展原位超前钻探及注浆加固试验,验证该技术方案应用于软弱地层超前注浆加固的可行性和有效性。试验结果表明:1)数字化管棚钻机能够有效识别各钻孔工序并划分地层岩性;2)相较于常规直接钻孔方式,在小角度条件下取芯开孔方式的钻孔效率提高50%,成孔效果更好;3)相较于传统后置式超前管棚,前置式超前管棚倾角更小(仅4°),注浆加固范围更大。该技术在大凉山1号隧道工程的成功应用,验证了其在软弱破碎围岩条件下应用的可行性和有效性。 展开更多
关键词 敞开式tbm 超前钻探 注浆加固 tbm改造 钻进参数
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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 被引量:8
16
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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护盾式TBM施工下穿河流破碎带稳定性分析及变形控制技术 被引量:4
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作者 李志军 王明年 +3 位作者 于丽 张霄 王志龙 上官宇文 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4612-4623,共12页
针对硬岩地铁隧道在TBM(Tunnel Boring Machine)施工过程中穿越破碎带等不良地质体,易导致TBM卡机、冒顶垮落和突涌水等问题,以青岛地铁某区间穿越李村河下破碎带段为工程背景,采用数值模拟、数据统计与现场监测数据验证相结合的研究方... 针对硬岩地铁隧道在TBM(Tunnel Boring Machine)施工过程中穿越破碎带等不良地质体,易导致TBM卡机、冒顶垮落和突涌水等问题,以青岛地铁某区间穿越李村河下破碎带段为工程背景,采用数值模拟、数据统计与现场监测数据验证相结合的研究方法,分析隧道穿越破碎带时的围岩变形规律,优化设计破碎带注浆加固方案。同时,基于施工统计数据确定TBM施工控制参数,最后结合监测数据验证“地面深孔全断面注浆+精细化掘进参数控制”方案的可靠性。应用FLAC~(3D)数值分析软件,研究TBM穿越河下破碎带围岩力学响应,分析围岩稳定性,破碎带区域以外的围岩变形很小,而破碎带以内围岩产生了较大的变形,其中拱顶沉降最大可达11.82 mm,超出施工预警要求。提出破碎带地表深孔注浆加固方案,注浆体驱替破碎带内的地下水使得TBM穿越破碎带时不易产生突涌水等灾害,确定最优注浆加固范围为10.3 m,河流破碎带下注浆选用水泥-水玻璃双液浆,注浆压力为1.5 MPa,水泥浆水灰比为1∶1。根据统计分析得出了TBM穿越河流破碎带时的掘进参数变化规律,结合试掘进监测数据确定了合理的双护盾TBM掘进控制参数。最终监控量测结果表明,最大地表沉降值为3.75 mm,该施工方案有效保障了双护盾TBM穿越大范围河流破碎带区域的施工安全。研究结果可为类似下穿河流的盾构隧道提供理论指导。 展开更多
关键词 tbm施工 下穿河流 破碎带 注浆加固 掘进控制参数
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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 被引量:1
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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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小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法 被引量:2
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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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基于LSTM神经网络的小转弯隧道TBM掘进轴线偏差预测方法 被引量:2
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作者 杜立杰 郝洪达 +4 位作者 李青蔚 杨亚磊 张卫东 刘家驿 冯宏朝 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1184-1194,共11页
在全断面掘进机(FullFaceTunnelBoringMachine,TBM)施工中,由于地质环境、人员操作和设备自身等因素的影响,TBM掘进路线与设计轴线容易发生较大偏离,特别是在小转弯隧道中,TBM掘进方位和姿态的控制更加困难。为了解决这个问题,提出了一... 在全断面掘进机(FullFaceTunnelBoringMachine,TBM)施工中,由于地质环境、人员操作和设备自身等因素的影响,TBM掘进路线与设计轴线容易发生较大偏离,特别是在小转弯隧道中,TBM掘进方位和姿态的控制更加困难。为了解决这个问题,提出了一种基于深度长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络的TBM掘进轴线偏差预测方法。该模型利用MAT-LAB软件进行搭建,以TBM掘进时产生的历史掘进参数作为输入数据,对未来时刻TBM的掘进轴线偏差进行预测。首先,对数据进行预处理,包括二值判别函数等方法,并利用皮尔逊分析方法选取出24维掘进参数作为预测模型的输入。以水平偏差为例,预测TBM掘进轴线偏差。然后,对模型的不同结构进行了分析,选择不同的LSTM层数和不同的神经元数量组成新的模型结构,确定了最优的模型结构和不同预测时间的最优输入时间段。最后,将R100m转弯段的掘进数据作为测试集,输入训练完成后的模型进行模型验证。结果表明:当模型中LSTM层为2层、每层神经元数量为128个时,模型结构预测性能最优;当预测时长为1min时,模型拟合优度为0.969、平均绝对误差为1.506mm、均方根误差为2.412mm,实现了良好的预测效果。通过这种方法可以帮助操作人员预知TBM掘进轴线偏差情况,提前调整TBM姿态,避免TBM隧道轴线出现较大的施工偏差,提高隧道施工的精度和安全性。 展开更多
关键词 全断面掘进机 小转弯隧道 轴线偏差 LSTM神经网络 预测方法
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