【摘 要】
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本文以国内首次采用双盾非主梁新型敞开式TBM施工的广州北江引水隧洞工程为背景,对新型敞开式TBM选型设计分析、不同围岩条件下TBM掘进性能及适应性展开现场应用测试与分析,研究比较新型敞开式TBM与传统主梁敞开式TBM的优缺点,为今后隧洞工程在不同围岩条件下TBM选型设计提供参考依据。首先,对新型敞开式TBM现场15个月的掘进数据进行采集与分析,研究了黑云母花岗岩条件下TBM的掘进性能,包括不同围岩
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本文以国内首次采用双盾非主梁新型敞开式TBM施工的广州北江引水隧洞工程为背景,对新型敞开式TBM选型设计分析、不同围岩条件下TBM掘进性能及适应性展开现场应用测试与分析,研究比较新型敞开式TBM与传统主梁敞开式TBM的优缺点,为今后隧洞工程在不同围岩条件下TBM选型设计提供参考依据。首先,对新型敞开式TBM现场15个月的掘进数据进行采集与分析,研究了黑云母花岗岩条件下TBM的掘进性能,包括不同围岩类别下TBM掘进进尺、掘进作业利用率、设备完好率及各类型滚刀磨耗规律等。结果表明:在Ⅱ类黑云母花岗岩条件下,平均日进尺为17.2m,利用率为47%,掘进速度为29mm/min;在Ⅲ类黑云母花岗岩条件下,平均日进尺为15.9m,利用率为37%,掘进速度为37mm/min;在Ⅳ类黑云母花岗岩条件下,平均日进尺为12.6m,利用率为24%,掘进速度为41mm/min;在Ⅴ类黑云母花岗岩条件下,平均日进尺为1.9m,利用率为9%,掘进速度为17mm/min。整个工程平均设备完好率为69%,由此可知新型敞开式TBM设备完好率处于较低水平。另外,通过对刀具磨耗数据进行统计分析,得出了新型敞开式TBM在黑云母花岗岩下不同刀位刀具的磨耗规律,并给出了刀盘上不同类型刀具的换刀数量、累计磨损量、平均破岩体积磨损速率、平均掘进长度及正常磨耗可掘性长度。其次,针对依托工程现场出现大面积滚刀异常磨损的情况,根据TBM掘进过程中刀具出现异常磨耗前后的掘进数据,采用PSO-ELM算法建立了掘进速度预测模型,提出了基于预测的掘进速度与实际掘进速度的偏差进行滚刀异常磨损识别的预警方法,并给出了预警值。当掘进速度偏差达到70%时,视为滚刀异常磨损或损坏的二级预警值;当掘进速度偏差达到90%时,视为滚刀异常磨损或损坏的一级预警值。然后,针对新型敞开式TBM遭遇断层破碎带塌方洞段,提出了基于贯入度指数FPI对可能发生塌方洞段进行预警的方法,并给出了掘进、支护协同控制的施工技术方案。当FPI＜12时,围岩破碎,隧洞容易发生塌方;当12≤FPI＜17时,围岩较破碎,隧洞容易发生掉块;当FPI≥17时,围岩较完整或完整,隧洞基本上不会发生塌方或掉块。进而给出了FPI=17作为TBM穿越断层破碎带时二级预警值;FPI=12作为TBM穿越断层破碎带的一级预警值。最后,通过新型敞开式TBM结构特点分析及现场掘进测试分析,得出新型敞开式TBM更适用于完整性好、断层破碎围岩占比很小的隧洞工程。本文研究为其他类似工程TBM选型设计及掘进性能分析与预测提供了参考。
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