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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
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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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TBM tunneling in extremely hard and abrasive rocks:Problems,solutions and assisting methods 被引量:34
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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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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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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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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
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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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基于CNN-LSTM-Adaboost模型的TBM掘进参数和隧洞围岩等级预测
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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
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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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Influence of confining stress on fracture characteristics and cutting efficiency of TBM cutters conducted on soft and hard rock 被引量:2
10
作者 刘京铄 曹平 +1 位作者 刘杰 蒋喆 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期1947-1955,共9页
Combined with numerical simulation, the influence of confining stress on cutting process, fracture conditions and cutting efficiencies of soft and hard rock has been conducted on the triaxial testing machine(TRW-3000)... Combined with numerical simulation, the influence of confining stress on cutting process, fracture conditions and cutting efficiencies of soft and hard rock has been conducted on the triaxial testing machine(TRW-3000) designed and manufactured in Central South University(China). Results are obtained by performing analysis on the fracture scopes of cement and granite plates,the characteristics of cutting force in cutting processes and the cutting efficiency. Firstly, the increase of latitude fracture scope and the decrease of longitude fracture scope are both more notable in the tests conducted on cement plates subjected to the increasing confining stresses; secondly, the increase tendency of peak penetration forces obtained from tests conducted on granite plates is more obvious, however, the increase tendencies of average penetration forces achieved from cement and granite plates are close to each other; thirdly, the cutting efficiency could be improved by increasing the spacing between cutters when the confining stress which acts on soft and hard rock increases in a certain degree, and the cutting efficiency of soft rock is more sensitive to the varying confining stresses. 展开更多
关键词 triaxial testing machine numerical study tunnel boring machine(tbm) cutter confining stress soft and hard rock cutting efficiency
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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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预切缝辅助TBM滚刀破岩贯入荷载演化规律
12
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
13
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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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
14
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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可可盖矿主斜井TBM冒顶机制与识别
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作者 杨青 荣传新 《中国安全科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期108-119,共12页
为探究敞开式隧道掘进机(TBM)在煤矿长大斜井掘进中应对冒顶问题的方法,针对富水、断层、节理、碎裂结构砂岩等不利地质条件这一难题,展开冒顶机制与模式识别研究。首先,运用修正开挖补偿理论和充分考虑中间主应力的围岩最小支护应力分... 为探究敞开式隧道掘进机(TBM)在煤矿长大斜井掘进中应对冒顶问题的方法,针对富水、断层、节理、碎裂结构砂岩等不利地质条件这一难题,展开冒顶机制与模式识别研究。首先,运用修正开挖补偿理论和充分考虑中间主应力的围岩最小支护应力分析冒顶机制,并基于可可盖矿主斜井成功案例与TBM现场施工数据,深入分析冒顶特征;然后,依据采集到的现场反馈监测信息,系统研究冒顶前后掘进参数的变化情况,构建随机森林(RF)、反向传播(BP)神经网络、支持向量机库(LIBSVM)机器学习模型以有效识别冒顶。结果表明:碎裂结构层理交错的砂岩水—岩导致砂岩力学性能劣化是冒顶内因,机岩作用能量释放是外因,开挖应力补偿及适时采用钢锚(索)喷+钢拱架(钢板带)不同方案支护是控因;贯入度剧增,滚刀推力、刀盘扭矩、刀盘转速剧减是冒顶掘进参数特征;RF模型对围岩冒顶分类预测精度最好,其识别冒顶风险的准确率比BP、LIBSVM分别提高1.78%、11.84%。 展开更多
关键词 主斜井 隧道掘进机(tbm) 冒顶机制 中间主应力 掘进参数 冒顶风险
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煤矿复杂地层TBM掘进巷道新型装配式支护结构工程实践 被引量:6
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作者 唐永志 唐彬 +2 位作者 程桦 王传兵 王要平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期68-75,共8页
TBM(Tunnel Boring Machine)全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求,... TBM(Tunnel Boring Machine)全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求,TBM难以充分发挥其速度优势的技术瓶颈,研究团队研发了新型钢管片型装配式支护结构。开展了新型装配式支护结构大比尺模型试验,获得新型支护结构在受载条件下变形破坏规律,根据试验结果优化新型支护结构型式。基于新型钢管片支护下TBM掘进巷道数值模拟评估新型支护结构可靠性。最后开展工业性试验,现场验证新型钢管片式支护结构用于煤矿TBM掘进巷道的可行性。试验结果表明,巷道围岩最大拉应变为803×10-6,钢管片支护结构变形量小于1 mm。新型支护结构安装速度快,可在90 min内掘进1.5 m并完成一环管片的安装工作,显著提高了TBM掘进巷道的支护强度和TBM掘进作业线的地层适应性。为未来进一步提高煤矿巷道掘进速度、保障煤矿采掘接替提供技术参考。 展开更多
关键词 巷道掘进 全断面掘进机 复杂地层 tbm掘进 装配式支护结构
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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 被引量:2
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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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Numerical and experimental investigation of rock breaking method under free surface by TBM disc cutter 被引量:12
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作者 ZHANG Xu-hui XIA Yi-min +2 位作者 ZENG Gui-ying TAN Qing GUO Ben 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2107-2118,共12页
To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under th... To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under the free surface was studied including stressed zone,crush zone,crack initiation and propagation.Then the crack propagation conditions,specific energy,etc.under different free surface distance(S)were also investigated combined with linear cutting experiments.The results show that the rock breaking process under the free surface induced by disc cutter is dominated by tension failure mode.There exists a critical S to promote crack propagation to free surface effectively.And this rock breaking method can improve the rock breaking force and breaking efficiency significantly when proper. 展开更多
关键词 free surface tunnel boring machine disc cutter rock breaking method
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Differentiation and analysis on rock breaking characteristics of TBM disc cutter at different rock temperatures 被引量:5
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作者 谭青 张桂菊 +1 位作者 夏毅敏 李建芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第12期4807-4818,共12页
In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis o... In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis of rock temperature change by using particle flow code theory and the influence law of interaction mechanism between disc cutter and rock was also numerically simulated.Furthermore,by using the linear cutting experiment platform,rock breaking process of TBM disc cutter at different rock temperatures was well verified by the experiments.Finally,rock breaking characteristics of TBM disc cutter were differentiated and analyzed from microscale perspective.The results indicate the follows.1) When rock temperature increases,the mechanical properties of rock such as hardness,and strength,were greatly reduced,simultaneously the microcracks rapidly grow with the cracks number increasing,which leads to rock breaking load decreasing and improves rock breaking efficiency for TBM disc cutter.2) The higher the rock temperature,the lower the rock internal stress.The stress distribution rules coincide with the Buzin Neske stress circle rules: the maximum stress value is below the cutting edge region and then gradually decreases radiant around; stress distribution is symmetrical and the total stress of rock becomes smaller.3) The higher the rock temperature is,the more the numbers of micro,tensile and shear cracks produced are by rock as well as the easier the rock intrusion,along with shear failure mode mainly showing.4) With rock temperature increasing,the resistance intrusive coefficients of rock and intrusion power decrease obviously,so the specific energy consumption that TBM disc cutter achieves leaping broken also decreases subsequently.5) The acoustic emission frequency remarkably increases along with the temperature increasing,which improves the rock breaking efficiency. 展开更多
关键词 tunnel boring maching(tbm) disc cutter rock temperature rock breaking characteristic numerical simulation
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