硬巖掘進(jìn)機(jī)可掘進(jìn)性預(yù)測分析方法研究.pdf

1、硬巖掘進(jìn)機(jī)也稱作TBM（Tunneling Boring Machine），是針對高圍巖強(qiáng)度等級下的長隧道進(jìn)行機(jī)械化施工的關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備。近年來，我國越來越多的隧道工程釆取TBM施工方法，大量應(yīng)用于國家重點(diǎn)建設(shè)的引水、鐵路等工程建設(shè)。在復(fù)雜多變的地質(zhì)條件下，TBM破巖過程是一個復(fù)雜、動態(tài)、不確定的非線性過程，使得掘進(jìn)性能的準(zhǔn)確預(yù)測已成為其選型、設(shè)計和施工的核心問題。目前，國內(nèi)TBM掘進(jìn)性能低下，現(xiàn)有的性能預(yù)測方法未能順應(yīng)存在于地質(zhì)條件、設(shè)

2、備和施工系統(tǒng)間的多領(lǐng)域參數(shù)關(guān)系。因此，本文針對TBM性能預(yù)測這一關(guān)鍵問題進(jìn)行深入研究，提高TBM性能預(yù)測的準(zhǔn)確性、精度和地質(zhì)適應(yīng)性。主要研究工作囊括以下三方面：
　　研究提出了TBM施工圍巖可掘進(jìn)性分級預(yù)測模型。本論文以國內(nèi)蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程項(xiàng)目為背景，進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際掘進(jìn)測試并獲取了大量掘進(jìn)數(shù)據(jù)，基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用模糊聚類理論及方法，并通過 SPSS、MATLAB、EXCEL等軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。基于模糊聚類理論和施工樣

3、本數(shù)據(jù)分析，建立以掘進(jìn)速率為分級指標(biāo)，包括巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖石完整性系數(shù)、圍巖結(jié)構(gòu)面與隧道軸線夾角和滲水量四項(xiàng)性質(zhì)指標(biāo)的可掘進(jìn)性分級預(yù)測模型，將TBM施工圍巖可掘進(jìn)性分為好、一般和差三個性能等級，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證該分級預(yù)測模型具有科學(xué)性和有效性。
　　研究提出了基于 TBM施工圍巖可掘進(jìn)性等級，以特定巖體掘進(jìn)指數(shù)（SRMPI）為性能預(yù)測指標(biāo)，融合地質(zhì)參數(shù)和施工參數(shù)在內(nèi)的TBM性能預(yù)測模型。在此基礎(chǔ)上，通過模型細(xì)化和科學(xué)推導(dǎo)得到

4、TBM其它系統(tǒng)級性能指標(biāo)，從而建立完備的TBM性能預(yù)測體系。通過工程實(shí)例驗(yàn)證，得出預(yù)測模型的計算結(jié)果與TBM實(shí)際掘進(jìn)速度有很好的吻合，從而證明預(yù)測模型具有科學(xué)性和可操作性。
　　研究開發(fā)了TBM性能預(yù)測計算分析軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于不同地質(zhì)條件，定義TBM性能預(yù)測流程，設(shè)計開發(fā)了TBM施工圍巖可掘進(jìn)性級別判定和TBM掘進(jìn)性能預(yù)測兩大功能。通過Visual C++編程，將上述研究內(nèi)容以可視化界面的形式體現(xiàn)，搭建TBM掘進(jìn)性能的信息化軟