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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术 被引量：3
1
作者 刘泉声 刘滨 +14 位作者 唐彬 康永水 卢海峰 朱元广 黄兴 潘玉丛 邓鹏海 孙磊 唐永志 卢兴利 张程远 余宏淦 李培涛 雷一鸣 贾浩男 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期224-244,共21页
随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如... 随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。 展开更多
关键词 煤矿深部巷道 碎胀大变形灾害 灾变机理 控制理论与技术 tbm快速成巷
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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：3
2
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：7
3
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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TBM隧洞豆砾石灌浆体局部缺陷对管片结构受力的影响 被引量：1
4
作者 李长永 王项峰 +3 位作者 何银涛 张智晓 赵顺波 袁林 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期160-163,159,共5页
无压输水TBM隧洞的管片起着支护洞体围岩和防水渗漏的作用,承担土压力和内外水压力,对施工及运行安全至关重要。采用三维有限元方法,建立管片—灌浆层—围岩的整体数值模型,考虑管片与围岩之间豆砾石灌浆体存在局部空洞、高岩粉、富水... 无压输水TBM隧洞的管片起着支护洞体围岩和防水渗漏的作用,承担土压力和内外水压力,对施工及运行安全至关重要。采用三维有限元方法,建立管片—灌浆层—围岩的整体数值模型,考虑管片与围岩之间豆砾石灌浆体存在局部空洞、高岩粉、富水泥浆和不密实等缺陷,分析了V类围岩地质条件下的隧洞管片的受力性能,预测了管片受力和变形的最不利位置。结合研究分析成果,提出了针对豆砾石灌浆体局部缺陷的处治建议,对工程质量检测评定与恰当处治具有重要参考价值。 展开更多
关键词 tbm隧洞 管片 豆砾石灌浆体 围岩 受力性能
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基于岩碴比表面积的完整岩体TBM破岩效率分析 被引量：3
5
作者 闫长斌 石雨萱 +3 位作者 李严 李庆民 刘永胜 吴遁 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期456-468,共13页
岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径... 岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径分布规律的比表面积计算方法,准确计算了不同粒径分布条件下岩碴比表面积的真实值。结合岩碴新表面理论指标对岩碴比表面积计算结果进行验证,同时分析了岩碴比表面积与TBM破岩效率之间的内在联系。研究结果表明:随着岩碴粒径增大,岩碴的球形度和扁平度逐渐减小、伸长度逐渐增大。总体上,岩碴的伸长度越大、扁平度和球形度越小,粗糙度指数就越大,TBM破岩效率越高。采用积分的方法,利用表面积预测函数与累积分布函数可计算得到岩碴试样比表面积真实值且分析发现其数据可近似表示单位质量岩体破碎后新增表面积的大小。岩碴比表面积SW与新表面理论指标Sa之间具有较好的线性相关性,可以相互验证其准确性与合理性,但相比新表面理论指标Sa,比表面积SW具有更清晰的物理意义和更为直观的数字结果。岩碴比表面积随TBM掘进比能、贯入度指数增加而增大,随粗糙度指数增大而减小,即岩碴比表面积可较好地描述岩石破碎程度及能量消耗,岩碴比表面积越大,岩碴就越破碎,TBM破岩效率越低。 展开更多
关键词 tbm 岩碴 破岩效率 三维扫描 形态特征 比表面积
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TBM智能施工研究进展及展望 被引量：4
6
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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基于深度学习的TBM运行参数预测及小样本扩充研究 被引量：1
7
作者 李晓静 张永华 +3 位作者 魏小兵 李玉龙 杨为民 王锦江 《应用基础与工程科学学报》 北大核心 2025年第3期727-742,共16页
为解决全断面隧道掘进机(TBM)运行参数预测精度不足及小样本数据困境,构建了融合深度学习与生成式对抗网络(GAN)的联合预测框架.以吉林中部城市引松供水工程TBM施工数据为研究对象,通过建立二值判别函数筛选有效数据段,结合箱型图法剔... 为解决全断面隧道掘进机(TBM)运行参数预测精度不足及小样本数据困境,构建了融合深度学习与生成式对抗网络(GAN)的联合预测框架.以吉林中部城市引松供水工程TBM施工数据为研究对象,通过建立二值判别函数筛选有效数据段,结合箱型图法剔除离群值、Z-Score归一化处理多源异构数据;建立深度神经网络(DNN)、长短期记忆网络(LSTM)、卷积神经网络(CNN)3类预测模型,采用随机梯度下降(SGD)、自适应学习率AdaGrad、Adam算法优化网络参数,搭配ReLU、Leaky ReLU等激活函数提升非线性拟合能力;引入GAN生成高质量扩充数据,与深度学习模型耦合形成GAN-DNN、GAN-LSTM、GAN-CNN预测架构.对比分析显示,GAN-CNN模型在预测精度(RMSE=0.041,R^(2)=0.912)和训练效率上优势显著.工程验证,该方法在吉林引松工程和青岛地铁工程中有效提升掘进效率18%~22%,为复杂地质条件下TBM施工参数优化提供可靠的智能化解决方案. 展开更多
关键词 隧道工程 tbm 参数预测 生成式对抗网络(GAN) 小样本扩充 深度学习 人工智能
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TBM破岩震源HSP法实时超前地质预报技术及应用 被引量：1
8
作者 卢松 陈炜韬 汪旭 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第S1期376-385,395,共11页
隧道TBM施工具有高效、绿色等特点,但仍存在对不良工程地质条件适应性差的问题,为避免TBM遭遇事前未能明确的不良地质条件而盲目掘进,施工期地质预报技术的实施与创新尤为关键。基于TBM施工特点与地质预报技术难点分析,围绕地震波法场... 隧道TBM施工具有高效、绿色等特点,但仍存在对不良工程地质条件适应性差的问题,为避免TBM遭遇事前未能明确的不良地质条件而盲目掘进,施工期地质预报技术的实施与创新尤为关键。基于TBM施工特点与地质预报技术难点分析,围绕地震波法场源类型与激发形式、预报设备载入模式、预报长度与成果时效性等方面开展预报技术选型,并对TBM破岩震源HSP法实时地质预报技术开展深入研究。通过将HSP预报设备搭载于TBM,实现破岩震动信息自动采集、数据智能处理、异常智能识别和成果实时解译的效果,提升TBM施工工法下地质预报技术场景适用性、现场测试便携性、成果获取实时性;提出基于多次预报成果交互迭代的数据处理技术,实现减少假异常,提升准确度的目的。基于滇中引水香炉山隧洞、乐西高速大凉山隧道和高原铁路隧道的工程应用,验证了HSP实时预报技术对断层破碎带、富水构造带等不良地质体的探测效果,为TBM高效施工起到了一定的助推作用,可为类似TBM施工隧道地质预报工作提供参考。 展开更多
关键词 tbm施工 破岩震源 实时地质预报 智能识别
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基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别预测方法 被引量：1
9
作者 丁自伟 高成登 +5 位作者 张玲 张旭 侯涛 翟剑平 王家行 董云俊 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期147-160,共14页
随着全断面硬岩掘进机(TBM)在煤矿巷道掘进施工中的广泛应用,地层信息的准确、实时识别已成为保证掘进效率的关键因素。为了研究掘进参数与地层岩性的相互作用关系,以西北矿业高家堡煤矿西区开拓大巷为工程背景,通过对稳定阶段掘进参数... 随着全断面硬岩掘进机(TBM)在煤矿巷道掘进施工中的广泛应用,地层信息的准确、实时识别已成为保证掘进效率的关键因素。为了研究掘进参数与地层岩性的相互作用关系,以西北矿业高家堡煤矿西区开拓大巷为工程背景,通过对稳定阶段掘进参数的深入分析,建立地层岩性与关键掘进参数之间的“机-岩”感知关系,提出基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别的Stacking集成预测算法,确定与地层岩性预测相关的主要输入特征参数,包括推进速度v、刀盘转速n、刀盘推力F、刀盘扭矩T和贯入度P。训练结果表明,Stacking预测模型在5个输入参数的平衡精度和训练时间下均获得了最佳性能;预测模型多元评价结果显示,Stacking模型的AUC曲线面积指数为0.97,比单一的XGBoost,ANN和SVM模型(0.94,0.94,0.95)预测精度更高,且在处理不均衡数据预测表现出明显的优势。因此,基于本研究的预测模型可以很好地指导现场TBM掘进参数的调整,可有效减少TBM故障停机和刀头的磨损,提高掘进效率。 展开更多
关键词 tbm掘进参数 岩性识别 机器学习 Stacking集成学习算法
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TBM隧道岩石耐磨性指数与凿碎比功相关性研究
10
作者 张廷雷 陈广森 +1 位作者 李玲 李蓉仑 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第6期64-69,共6页
研究目的:TBM法隧道施工在铁路工程中的应用日益广泛。隧道掘进机的选型与设计须开展岩石耐磨性指数与岩石凿碎比功测试。两者均为岩石坚硬程度的表征,具有一定的相关关系,是隧道TBM法施工工艺参数设计的重要指标,但相关研究较少。本文... 研究目的:TBM法隧道施工在铁路工程中的应用日益广泛。隧道掘进机的选型与设计须开展岩石耐磨性指数与岩石凿碎比功测试。两者均为岩石坚硬程度的表征,具有一定的相关关系,是隧道TBM法施工工艺参数设计的重要指标,但相关研究较少。本文基于某铁路隧道TBM施工工艺设计,开展岩石耐磨性指数与岩石凿碎比功对比试验研究,建立岩石耐磨性指数与凿碎比功的相关关系,指导隧道TBM法工艺设计和施工。研究结论:(1)岩石耐磨性指数A_(b)与岩石凿碎比功a呈线性相关,存在较好相关性;(2)不同岩性,因成岩方式、结晶状态、密实程度、层理结构、均匀程度等性质不同,对岩石耐磨性指数和岩石凿碎比功值的影响程度也不相同,a-A_(b)拟合曲线存在较大差异;(3)单一岩性因物理性质稳定均匀,a-A_(b)拟合曲线的相关性明显好于总a-A_(b)拟合曲线;(4)不同岩性a-A_(b)拟合曲线相关性与岩石均匀性、物理性质的稳定性密切相关,岩石越均匀,物理性质越稳定,则相关关系越好;(5)本研究成果可用于指导TBM隧道掘进机法勘察设计和施工。 展开更多
关键词 耐磨性指数 凿碎比功 tbm法 岩石 试验
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高原长隧的钻爆和TBM联合开挖进度仿真模型
11
作者 张涛 梁志强 +2 位作者 王飞 刘全 杨凯 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第1期209-214,共6页
长距离隧洞常用于穿越复杂地形,利用钻爆和TBM开挖方法联合开挖高原长隧可以充分发挥钻爆法的灵活性和TBM法的高效性,但是增加了工程进度管理的复杂度。考虑高原长隧常面临开挖工期长、地层复杂,气压低、气温低等不利条件,在钻爆法和TB... 长距离隧洞常用于穿越复杂地形,利用钻爆和TBM开挖方法联合开挖高原长隧可以充分发挥钻爆法的灵活性和TBM法的高效性,但是增加了工程进度管理的复杂度。考虑高原长隧常面临开挖工期长、地层复杂,气压低、气温低等不利条件,在钻爆法和TBM开挖进度仿真模型研究的基础上,研究开挖工艺切换的工期及其影响,建立钻爆和TBM联合开挖的高原长隧开挖进度仿真模型,并以工期函数和控制流程的形式表达。实例分析结果表明,本模型可以适用长隧施工的支洞和主洞多工作面同时开挖、以及钻爆和TBM联合开挖等复杂施工边界条件。可为高原区引水、公路、铁路等长距离隧洞的开挖进度管理提供支持。 展开更多
关键词 长距离隧洞 钻爆开挖 tbm掘进 开挖仿真 工期评价
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超小曲线隧洞TBM最小转弯半径及影响因素研究
12
作者 朱强 朱少杰 +1 位作者 秦东晨 贾连辉 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第8期162-168,共7页
为提高硬岩掘进机(TBM)开挖超小曲线隧洞的能力,应准确预估TBM最小转弯半径。为此,以推进系统液压缸行程、球铰最大转角、主驱动与液压缸及护盾盾尾与洞壁不发生干涉为约束条件,建立最小转弯半径的计算方法并在Matlab中完成编程求解。... 为提高硬岩掘进机(TBM)开挖超小曲线隧洞的能力,应准确预估TBM最小转弯半径。为此,以推进系统液压缸行程、球铰最大转角、主驱动与液压缸及护盾盾尾与洞壁不发生干涉为约束条件,建立最小转弯半径的计算方法并在Matlab中完成编程求解。在UG中建立转弯半径为30 m的仿真模型进行理论验证。基于正交试验法对最小转弯半径的影响因素进行分析。研究结果表明:理论计算结果与仿真结果相比误差较小,液压缸伸长量计算误差<0.038 mm,球铰转角计算误差<0.00019°,主驱动与液压缸最小间隙计算误差<0.032 mm,护盾盾尾与洞壁最小间隙计算误差<0.0015 mm,证明所提计算方法的有效性;各因素的影响程度依次为:刀盘与护盾总长度>球铰最大转角>护盾伸缩量>液压缸行程。 展开更多
关键词 抽水蓄能电站 tbm 正交试验法 最小转弯半径
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首山一矿TBM过断层岩机交互作用规律及卡机灾害防治技术
13
作者 张建国 穆彤彤 +4 位作者 鲁义强 刘佳伟 杨战标 张盛 王龙飞 《煤矿安全》 北大核心 2025年第8期133-142,共10页
全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)在煤矿巷道掘进穿越断层破碎带时,极易发生卡机现象,严重制约TBM的掘进速度和适应性。为了解决这个问题,基于首山一矿TBM穿越断层破碎带时的岩机交互数据,通过对有效掘进循环大量数据的筛选... 全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)在煤矿巷道掘进穿越断层破碎带时,极易发生卡机现象,严重制约TBM的掘进速度和适应性。为了解决这个问题,基于首山一矿TBM穿越断层破碎带时的岩机交互数据,通过对有效掘进循环大量数据的筛选,以及对正常掘进循环各个阶段的识别划分,结合TBM岩机数据融合的围岩分级方法,分析了TBM在进入断层前、断层中的主要掘进参量变化规律及巷道破坏现象,揭示了断层破碎带卡机致灾机理,提出了TBM在煤矿巷道施工穿越断层破碎带时的灾害防治措施。结果表明:TBM在临近断层交界面时,施工速度急剧下降,以较低的推进速度和较高的保前盾压力持续在断层区域掘进。当刀盘全部进入断层面后,保前盾压力上升至最大值,拱顶上方围岩出现大范围坍塌,大量破碎岩体涌入盾体,在刀盘和护盾上方形成筒仓式塌落腔。这些问题影响了TBM的掘进效率,也对其结构稳定性构成了严重威胁,最终导致了卡机灾害的发生。因此,TBM在煤系地层穿越断层破碎带,要做好对前方岩体信息的超前地质预报,同时,在TBM刀盘前方配置超前围岩加固设备,如精准注浆装置、超前小导管打设装置等,通过对破碎岩体的加固,间接提高围岩参数,保证TBM稳定穿越断层破碎带。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机(tbm) 断层破碎带 刀盘 岩机交互机制 卡机防治技术
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不同含石量条件下TBM渣料剪切特性研究
14
作者 罗璟 董自涛 +5 位作者 裴向军 时幸幸 杨沛璋 刘卓 李鹏 贾杰 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1280-1293,共14页
TBM渣料主要由细砂和针片状碎块石组成,属于不良级配土,含石量变化大,土体结构独特,变形强度特征有别于其他类型的土石混合体。本文依托喜马拉雅东部多雄拉隧道TBM弃渣场,通过现场调查和三维激光扫描技术量化渣料形状和结构特征,提出适... TBM渣料主要由细砂和针片状碎块石组成,属于不良级配土,含石量变化大,土体结构独特,变形强度特征有别于其他类型的土石混合体。本文依托喜马拉雅东部多雄拉隧道TBM弃渣场,通过现场调查和三维激光扫描技术量化渣料形状和结构特征,提出适用于TBM渣料的离散元直剪模型构建方法,结合室内大型直剪试验和PFC^(3D)离散元数值模拟,揭示不同含石量条件下TBM渣料宏观力学规律和细观变形破坏机制。研究结果表明:TBM渣料中碎块石形状近似于刀盘状、条棒状和圆盘状,在人工堆置过程中,碎块石长轴方向与水平面之间的夹角主要分布在0°~20°,土体结构表现出显著的空间定向性;随着含石量的增加,TBM渣料结构由悬浮密实型结构向骨架密实型结构过渡,最终转变为骨架空隙型结构,块石颗粒间咬合、嵌套、自锁作用显著增强,块石旋转自由度大大受限,其宏观变形特征由“剪缩”向“剪胀”转变,抗剪强度及其指标均呈现出先缓慢增长再轻微降低,最后大幅度提升的趋势,其内部颗粒运动形式由“土石联动”向“土绕石”转变,力链数量线性减少,平均力链强度增长幅度逐渐加大,强力链逐渐在模型内部起到支撑作用,整体上剪切带从“S”型分布逐步趋近于呈“一”字型分布,剪切带厚度明显变薄。研究成果将弥补当前对针片状土石混合体研究的不足,为TBM弃渣场稳定性分析和风险评价工作提供理论支撑。 展开更多
关键词 tbm渣料 针片状块石 含石量 直剪试验 离散元 三维激光扫描技术
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基于TBM岩碴形貌特征的混凝土粗骨料替代方式
15
作者 闫长斌 冯仁龙 +3 位作者 覃坚鹏 肖翔 卢高明 杨继华 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第10期1816-1829,共14页
为了解决TBM在硬岩段开挖过程中产生的岩碴在混凝土中掺量低、应用效果差的问题,利用三维激光扫描和图像处理技术,定量分析岩碴与碎石粗骨料的形貌特征差异,并探究岩碴的不同替代方式对混凝土工作性能和力学性能的影响。研究结果表明:1)... 为了解决TBM在硬岩段开挖过程中产生的岩碴在混凝土中掺量低、应用效果差的问题,利用三维激光扫描和图像处理技术,定量分析岩碴与碎石粗骨料的形貌特征差异,并探究岩碴的不同替代方式对混凝土工作性能和力学性能的影响。研究结果表明:1)4.75~19.00 mm粒径区间岩碴的球形度累积分布曲线变化趋势与碎石粗骨料相反,而棱角性和颗粒纹理指数变化趋势相似,且岩碴的球形度、棱角性和颗粒纹理指数分布范围更宽;2)相同粒径区间内岩碴的平均球形度低于碎石粗骨料,而棱角性、颗粒纹理指数和三维分形维数则较高;3)岩碴与碎石粗骨料在球形度、棱角性和三维分形维数上的差异性随着粒径的增大而增大,颗粒纹理指数先增大后减小;4)岩碴的替代方式会对混凝土工作性能和力学性能产生显著影响,采用常规替代方式会导致混凝土性能变差,而采用小粒径替代方式时,因其较高的球形度、更复杂的棱角、颗粒纹理和几何形态,混凝土性能最佳;5)实际工程中,建议优先采用小粒径替代方式,利用4.75~9.50 mm粒径区间的岩碴,并将替代率控制在20%以内。 展开更多
关键词 tbm岩碴 形貌特征 碎石粗骨料 替代方式 混凝土性能
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煤矿巷道TBM随掘震电监测系统开发与试验 被引量：1
16
作者 朱昌淮 胡雄武 +3 位作者 周继生 张平松 吴荣新 郭立全 《科技和产业》 2025年第16期47-55,共9页
随着煤矿开采向深部发展,岩巷掘进的安全性和效率矛盾日益突出。针对煤矿岩巷掘进过程中的地质探测需求,提出一种隧道掘进机(TBM)随掘震电实时监测技术。通过系统架构构建、软件系统设计开发、装备研制等构建一套适用于煤矿岩巷环境的... 随着煤矿开采向深部发展,岩巷掘进的安全性和效率矛盾日益突出。针对煤矿岩巷掘进过程中的地质探测需求,提出一种隧道掘进机(TBM)随掘震电实时监测技术。通过系统架构构建、软件系统设计开发、装备研制等构建一套适用于煤矿岩巷环境的随掘震电监测系统。利用煤矿巷道随掘震电监测系统在谢桥煤矿1715A高抽巷进行巷道随掘震电监测,实时超前探测巷道前方破碎区域及高富水异常区,验证随掘震电双探技术对地下空间不良介质探测的可行性。实验结果表明,该技术能够有效识别掘进前方的断层、破碎带等不良地质条件,为煤矿岩巷的安全、高效掘进提供了技术支撑。 展开更多
关键词 隧道掘进机 震电监测系统 岩石巷道 地质探测 现场试验
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TBM在水利工程中的应用进展及发展方向
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作者 赵宇飞 张云旆 +2 位作者 杨建喜 叶明 徐全 《中国水利》 2025年第21期56-64,共9页
TBM广泛应用于水利、交通、采矿等相关行业隧洞/隧道工程中。得益于高度的机械化和信息化集成,相较于传统钻爆法施工,在适宜掘进的围岩(中硬岩)条件下,采用TBM工法能够保障施工安全、高效。近年来水工隧洞工程呈现出距离长、洞径大、埋... TBM广泛应用于水利、交通、采矿等相关行业隧洞/隧道工程中。得益于高度的机械化和信息化集成,相较于传统钻爆法施工,在适宜掘进的围岩(中硬岩)条件下,采用TBM工法能够保障施工安全、高效。近年来水工隧洞工程呈现出距离长、洞径大、埋深大等特点,建设要求逐渐提高,更宜采用TBM法施工。国产TBM制造水平的提高使得装备的整体性能、关键部件制造能力和智能化水平得到了充分提升,增强了TBM对于复杂地质条件的适应能力。系统梳理了TBM技术在我国水利工程中的应用进展与未来方向,重点围绕三个方面展开:一是总结引汉济渭、滇中引水等标志性工程中TBM应对复杂地质的实践经验,梳理我国水工TBM隧洞工程的发展脉络;二是分析新型装备、新材料与新技术在提升TBM适应性方面的创新突破,总结提炼核心技术和瓶颈问题;三是探讨智能化、信息化技术在实现TBM自主决策、状态自感知与绿色施工中的前沿应用,展望大数据和人工智能在水利工程发展中的重要性。研究旨在为我国水利工程TBM技术发展与实践提供体系化参考,推动行业技术迭代与创新能力持续提升。 展开更多
关键词 tbm 水利工程 隧洞工程 施工 新装备 新材料 新技术 复杂地质 智能化
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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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变化坡度条件下TBM施工隧洞涌水处理措施研究
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作者 蔡海勇 朱翔 杨继华 《西北水电》 2025年第2期50-55,共6页
针对变坡度条件下TBM施工隧洞涌水处理问题,以兰州某输水隧洞TBM变坡度施工为背景,采用经验公式法,对隧洞的涌水量进行估算。结果表明:在TBM下坡掘进时,地下水主要汇集到掌子面,需要跟随掘进排水;在由下坡转为上坡掘进时,地下水主要汇... 针对变坡度条件下TBM施工隧洞涌水处理问题,以兰州某输水隧洞TBM变坡度施工为背景,采用经验公式法,对隧洞的涌水量进行估算。结果表明:在TBM下坡掘进时,地下水主要汇集到掌子面,需要跟随掘进排水;在由下坡转为上坡掘进时,地下水主要汇集在隧洞最低点,需加强最低点的排水能力;考虑到隧洞长期排水对地下水环境的破坏,对大的出水点可采取堵水措施。TBM施工实践表明,涌水处理措施可靠、有效,处理措施可为类似工程提供参考。 展开更多
关键词 tbm隧洞 变坡度 涌水 处理措施
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单护盾TBM掘进洞段岩爆特征与数值模拟研究
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作者 许史 《吉林水利》 2025年第4期23-27,共5页
为探究复杂地质条件下单护盾隧道掘进机(TBM)掘进过程中岩爆特征及支护结构受力规律,以某输水隧洞为研究对象,基于FLAC3D数值模拟软件建立模型,对典型洞段Ⅱ类和Ⅲ类围岩的岩爆能量分布特征及支护结构应力分布规律进行分析。结果表明,... 为探究复杂地质条件下单护盾隧道掘进机(TBM)掘进过程中岩爆特征及支护结构受力规律,以某输水隧洞为研究对象,基于FLAC3D数值模拟软件建立模型,对典型洞段Ⅱ类和Ⅲ类围岩的岩爆能量分布特征及支护结构应力分布规律进行分析。结果表明,岩爆能量主要集中于掌子面附近,Ⅱ类围岩能量分布范围较小但强度适中,Ⅲ类围岩分布范围更广且强度更高;支护结构的压应力和拉应力分布随围岩类别显著变化,Ⅱ类围岩压应力较大,Ⅲ类围岩局部拉应力较高,存在失稳风险。综上,提出在Ⅲ类围岩段应加强局部支护的优化建议,为单护盾TBM在复杂地质条件下的安全施工和支护设计提供参考依据。 展开更多
关键词 单护盾tbm 数值模拟 岩爆特征 支护结构 FLAC3D
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