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长隧洞TBM施工条件复杂,开挖工序繁多;开挖断面小,工作空间有限,施工中各工序之间相互制约、相互干扰;地质条件多变,采用隧道掘进机(TBM)开挖需要针对隧洞的具体情况采取不同的施工措施,给施工管理带来一定的难度。本文采用先进的系统仿真技术,全面系统地分析研究新疆恰甫其海八十一大坂隧洞工程中各方面相互联系和制约的关系,优化施工进度,提出快速施工的措施和建议,使施工组织设计更加科学化。在吸取国内外成功工程经验的基础上,结合实际工程,建立反映掘进速度、掘进机工作状态参数、各施工工序循环作业时间、岩性与地质条件等主要施工信息的参数数据库,综合研究复杂长隧洞TBM施工过程仿真优化问题。具体研究成果如下:(1)针对TBM施工的特点,综合考虑各种因素的影响,从层次化、模块化的建模思路出发,研究八十一大坂隧洞TBM施工仿真建模问题。所建立的仿真模型能够较为全面的描述TBM施工过程,给出了模型参数的系统划分原则及相应的确定方法,并对参数选取进行了敏感性分析。(2)研制开发了隧洞TBM施工仿真优化软件(TBMS)。对八十一大坂隧洞工程进行了施工仿真计算分析,根据不同的隧洞开挖的循环作业时间参数和施工机械设备配套,可以通过优化分析得到合理的施工工期、月进度及其他设备配套参数。(3)在仿真优化成果的基础上分析了TBM施工的参数与施工速度之间的关系,提出了TBM施工中值得注意的问题,并给出了某些特殊洞段施工措施。(4)结合三维地质模型,进行了八十一大坂隧洞工程施工过程三维动态可视化研究,包括隧洞工程三维地质模型的建立与信息处理以及八十一大坂隧洞TBM施工过程三维动态可视化系统的设计与实现。基于三维地质模型的隧洞TBM施工过程三维动态可视化分析方法,为全面掌握复杂长隧洞施工过程提供了一个崭新的分析方法。