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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
1
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 machinetbm performance prediction rate of penetration(ROP) support vector machine(SVM) partial least squares(PLS)
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煤矿岩巷TBM快速掘进研究进展与展望 被引量:6
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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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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:2
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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
4
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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基于SCSM模型的TBM多模式掘进参数优化策略
5
作者 薛亚东 李雨轩 +3 位作者 罗炜 王化武 郭永发 汪加轩 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第9期66-72,79,共8页
研究目的:随着隧道工程逐步向大埋深、长距离方向发展,全断面隧道掘进机TBM因自动化程度高、环境扰动小、施工高效等优点受到广泛应用。然而,由于TBM在硬岩地层中的掘进参数调整依赖于司机经验,掘进性能与地质环境难以匹配,缺乏有效的... 研究目的:随着隧道工程逐步向大埋深、长距离方向发展,全断面隧道掘进机TBM因自动化程度高、环境扰动小、施工高效等优点受到广泛应用。然而,由于TBM在硬岩地层中的掘进参数调整依赖于司机经验,掘进性能与地质环境难以匹配,缺乏有效的破岩提升策略,易导致掘进效率较低、刀具荷载超限、工程超期等问题。为此,本研究改进CSM模型提出一种SCSM模型用于掘进参数与地质环境之间的关系表达,根据设备推力、扭矩、出渣量极限性能约束对掘进参数优化问题可行域分区,采用多模式求解最优控制参数。研究结论:(1)以引松工程的现场掘进数据为基础,通过线性拟合得到临界推力经验公式,依托引汉济渭工程考虑临界推力以及FPI,建立破岩模式分区模型,针对所构建的分区可行域,根据TBM性能极限定义极硬岩,提出适用于极硬岩的磨岩模式以及片岩、混合模式的优化策略;(2)以引汉济渭岭南工程K29+169.2~K33+613.1标段为例,应用本文研究成果,优化后的掘进能耗降低了5.6%,施工进度提升显著;(3)研究结果表明基于多模式掘进参数优化策略可充分挖掘中低强度下掘进机的性能,对于极硬岩情况可兼顾工期与能耗进行多目标优化。 展开更多
关键词 隧道掘进机 CSM 极硬岩 掘进参数优化 破岩模式
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不同围压下TBM盘形滚刀破岩机理与比能耗研究
6
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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深部金属矿TBM开拓岩爆微震智能监测与预警
7
作者 陈炳瑞 王旭 +3 位作者 姜桂鹏 贺飞 韩佳霖 郝剑钧 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期148-162,共15页
针对深部金属矿隧道掘进机(tunnelling boring machine,TBM)开拓岩爆微震监测与预警自动化、智能化不足的问题,开展了基于深度机器视觉DPED(drilling profile ellipse detection)-AT(accurate location of drilling multidimensional fe... 针对深部金属矿隧道掘进机(tunnelling boring machine,TBM)开拓岩爆微震监测与预警自动化、智能化不足的问题,开展了基于深度机器视觉DPED(drilling profile ellipse detection)-AT(accurate location of drilling multidimensional features based on anchor tracking)方法的钻孔多维参数识别研究、微震传感器自动拆装装置研发与决策系统设计,实现了TBM开拓微震传感器自动拆装;研发了微震智能变频采集技术,实现了岩爆孕育过程岩石破裂信息连续、保真采集;研发了改进神经网络破裂信号识别与到时实时拾取算法,及岩爆孕育微震源概率场三维表征算法,初步实现TBM开拓岩爆孕育信息智能解译与精细化预警,最终建立了融合钻孔智能识别、传感器自动拆装、信号智能采集-解译的岩爆智能监测预警技术体系.招金矿业瑞海金矿应用表明,该技术初步实现了岩爆微震自动监测、解译与预警,为深部金属矿TBM开拓的少人化、无人化提供有力支撑. 展开更多
关键词 隧道掘进机 微震监测 岩爆预警 自动拆装 智能采集 智能识别
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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:2
8
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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TBM tunneling in extremely hard and abrasive rocks:Problems,solutions and assisting methods 被引量:35
9
作者 ZHENG Yan-long HE Lei 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期454-480,共27页
Extremely hard and abrasive rocks pose great challenges to the past and ongoing TBM projects by increasing cutter wear and reducing penetration rates.A considerable amount of research has been conducted to improve the... Extremely hard and abrasive rocks pose great challenges to the past and ongoing TBM projects by increasing cutter wear and reducing penetration rates.A considerable amount of research has been conducted to improve the performance of TBMs in those challenging grounds by either improving the capacity of TBMs or developing assisting rock breakage methods.This paper first highlights the challenges of hard and abrasive rocks on TBM tunneling through case studies.It then presents the development of hard rock TBMs and reviews the technologies that can be used individually or as assistance to mechanical excavators to break hard rocks.Emphases are placed on technologies of high pressure waterjet,laser and microwave.The state of the art of field and laboratory research,problems and research directions of those technologies are discussed.The assisting methods are technically feasible;however,the main challenges of using those methods in the field are that the energy consumption can be over 10 times high and that the existing equipments have robustness problems.More research should be conducted to study the overall energy consumption using TBMs and the assisting methods.Pulsed waterjet,laser and microwave technologies should also be developed to make the assistance economically viable. 展开更多
关键词 hard and abrasive rocks tunnel boring machine waterjet laser microwave
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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
10
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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临空面辅助的TBM滚刀群掘进试验与数值模拟
11
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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新型TBM螺旋槽滚刀磨损自锐性研究
12
作者 杨子腾 张蒙祺 +2 位作者 莫继良 章龙管 周仲荣 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第8期1217-1229,共13页
全断面隧道掘进机(TBM)是地下空间建设的大型机械设备,在交通隧道和水利水电等重大工程施工中都发挥着关键作用.盘形滚刀是TBM破岩掘进的执行部件,恶劣的工作条件会增大滚刀磨损速率,同时,磨损导致的刀具钝化会使滚刀的破岩性能持续降低... 全断面隧道掘进机(TBM)是地下空间建设的大型机械设备,在交通隧道和水利水电等重大工程施工中都发挥着关键作用.盘形滚刀是TBM破岩掘进的执行部件,恶劣的工作条件会增大滚刀磨损速率,同时,磨损导致的刀具钝化会使滚刀的破岩性能持续降低,是制约TBM掘进效率的1项瓶颈问题.本研究中尝试提出1种基于表面结构设计的具有自锐性的新型螺旋槽滚刀,开展现场试验得到其真实磨损状态,并验证其自锐性.对比了磨损前后破岩性能变化,并分析了自锐性引起的滚刀破岩性能的变化趋势.结果表明:螺旋槽滚刀和平顶滚刀磨损后破岩性能呈相反变化趋势,在给定侵入深度下,磨损后的螺旋槽滚刀所需载荷下降、比能降低,其主要原因在于磨损使该型滚刀与岩石的平均接触面积下降,滚刀更易侵入岩石;反之,磨损后的平顶滚刀接触面积增大,切削力和比能同时升高,钝化导致的破岩性能降低现象显著.新型螺旋槽滚刀自锐性问题研究可为滚刀设计与选型提供一定参考. 展开更多
关键词 隧道掘进机 盘形滚刀 磨损 破岩性能 自锐性
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预切缝辅助TBM滚刀破岩贯入荷载演化规律
13
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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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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EPB/TBM双模盾构机硬岩掘进卡机脱困技术 被引量:1
15
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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基于多目视觉摄像与图像识别技术的TBM施工隧道围岩结构面识别方法
16
作者 宋浩天 李宁博 +3 位作者 纪宏奎 肖禹航 王银坤 刘彬 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期77-85,共9页
围岩结构面是影响全断面岩石隧道掘进机(TBM)的掘进效率与安全性的关键地质因素之一,探索快速、准确、环境适应性强的TBM隧道围岩结构面识别方法具有重要意义。提出一种基于多目视觉摄像与图像识别技术的围岩结构面识别方法。采用双目相... 围岩结构面是影响全断面岩石隧道掘进机(TBM)的掘进效率与安全性的关键地质因素之一,探索快速、准确、环境适应性强的TBM隧道围岩结构面识别方法具有重要意义。提出一种基于多目视觉摄像与图像识别技术的围岩结构面识别方法。采用双目相机,通过固定机位拍摄大面积裸露围岩的彩色与深度图像,根据双目相机位置与拍摄角度等参数,修正深度图像,以克服图像畸变问题;采用精细边界刻画(CED)方法对围岩结构面精细识别。该方法在传统卷积神经网络基础上增设了图像数据的正向传播与反向细化双路径,在反向细化路径中不断强化对图像局部边界的捕捉,捕捉图像中结构面与常规围岩像素的差异,进而刻画围岩结构面边界。依托青岛地铁6号线TBM施工隧道,采集427组现场围岩的彩色与深度图像,通过对比模型识别以及结构面的实际形态,进一步验证方法的准确性。 展开更多
关键词 全断面岩石隧道掘进机 多目视觉摄像 图像识别 岩体结构面
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TBM三滚刀协同线性切割和回转切割破岩数值模拟
17
作者 翟淑芳 杜红坤 +2 位作者 田浩 李康 王艺涵 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第6期118-126,共9页
全断面隧道掘进机TBM掘进过程中刀盘上的盘型滚刀存在协同破岩过程。为了研究滚刀协同破岩对TBM破岩效率的影响,采用有限元数值模拟方法,分析了三滚刀线性切割协同破岩和回转切割协同破岩对TBM破岩效率的影响。根据临空面数量将三滚刀... 全断面隧道掘进机TBM掘进过程中刀盘上的盘型滚刀存在协同破岩过程。为了研究滚刀协同破岩对TBM破岩效率的影响,采用有限元数值模拟方法,分析了三滚刀线性切割协同破岩和回转切割协同破岩对TBM破岩效率的影响。根据临空面数量将三滚刀协同破岩划分为同次破岩、顺次破岩、由内向外破岩、由外向内破岩4种模式,结果表明:有两个临空面的由外向内破岩的破岩滚动力、法向力以及比能的整体趋势均最小,即4种破岩模式中由外向内破岩效率最高;当刀间距与贯入度的比值为30时,滚刀破岩比能最小,破岩效率最高;滚刀线性切割试验数据向回转切割试验数据转化时,滚动力和比能的换算系数均为1.35,法向力的换算系数为0.87。该结论为TBM运行过程中操作参数的设置以及刀盘的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 滚刀 协同破岩 线性切割试验 回转切割试验
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基于FM-CM-FCE的深埋TBM隧道岩爆预警方法
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作者 肖华波 赵龙翔 +4 位作者 陈靖文 石伟明 肖枫 刘仕勇 邓益 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期66-79,共14页
岩爆灾害已成为制约深部工程安全建设的关键因素。针对深埋全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道岩爆影响因素复杂、量化困难、指标权重自适应性弱、模糊评价隶属度随机性不足等问题,建立了一种深埋TBM隧道岩爆预警方法。首... 岩爆灾害已成为制约深部工程安全建设的关键因素。针对深埋全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道岩爆影响因素复杂、量化困难、指标权重自适应性弱、模糊评价隶属度随机性不足等问题,建立了一种深埋TBM隧道岩爆预警方法。首先,基于多个深埋TBM隧道工程案例建立数据库;接着,运用相关系数法、互信息法和ReliefF算法等过滤式方法(filter method,FM)特征选择技术,筛选并构建了岩爆多源预警指标体系;然后,提出了基于相关性理论的权重自适应调整与动态更新机制,并结合云模型(cloud model,CM)和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)理论,建立了模糊隶属云模型;最后,将该方法应用于中国西部某深埋TBM隧道,以验证其准确性。结果表明,该预警方法能显著提升岩爆风险预测准确率,可为深埋TBM隧道施工安全提供技术支撑。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机(tbm) 岩爆预警 过滤式方法(FM) 模糊综合评价(FCE) 云模型(CM)
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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:9
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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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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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