【摘要】：隨著全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)在我國的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,TBM的安全高效掘進(jìn)和智能控制顯得越來越重要,而TBM性能的準(zhǔn)確預(yù)測是實現(xiàn)安全高效掘進(jìn)和智能控制的前提。但是由于地質(zhì)條件多變,巖-機(jī)相互作用復(fù)雜,且TBM對地質(zhì)條件極其敏感,所以,TBM性能預(yù)測一直是業(yè)內(nèi)的難題,亟待解決。為了建立指標(biāo)統(tǒng)一且簡明易得、模型形式簡單、能夠?qū)崟r連續(xù)預(yù)測且高精度的TBM性能預(yù)測模型,本文依托吉林引松供水隧洞工程,借助中鐵裝備TBM云管理平臺,根據(jù)大量施工現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),運(yùn)用線性回歸法總結(jié)出了 TBM整機(jī)現(xiàn)場破巖掘進(jìn)規(guī)律及圍巖性質(zhì)參數(shù)對其的影響,并在此基礎(chǔ)上建立了一個包含巖石參數(shù)和機(jī)械參數(shù)的TBM性能預(yù)測模型。同時,為了解決TBM機(jī)械數(shù)據(jù)挖掘深度不夠和傳統(tǒng)數(shù)學(xué)分析工具能力有限的問題,引入了深度置信網(wǎng)絡(luò)DBN,并對其進(jìn)行高斯分布輸入特征值優(yōu)化,在此基礎(chǔ)上提出了一種了基于歷史掘進(jìn)位移序列數(shù)據(jù)和DBN模型的TBM性能預(yù)測方法。本文采用實驗法確定了 DBN的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),分別建立了 TBM在閃長巖洞段、灰?guī)r洞段和花崗巖洞段的貫入指數(shù)FPI和滾動指數(shù)TPI的預(yù)測模型,并對預(yù)測模型在不同巖性和不同圍巖級別下的有效性進(jìn)行了驗證,最后對DBN模型和傳統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了對比分析。本文得到的結(jié)論如下:(1)TBM刀盤破巖分為擠壓、起裂和破碎三個階段,破碎階段刀盤貫入度增長快,為有效破巖階段。破碎階段刀盤貫入度隨刀盤推力增大呈冪函數(shù)增長,增長率與巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度、巖體完整性系數(shù)呈復(fù)雜的對數(shù)關(guān)系;刀盤貫入度隨刀盤扭矩加大呈線性增長,增長率隨巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度、巖體完整性系數(shù)增加而線性降低;刀盤貫入度與貫入指數(shù)FPI呈冪函數(shù)關(guān)系;同一貫入度下,圍巖質(zhì)量越好,貫入指數(shù)FPI和滾動指數(shù)TPI越高。(2)基于歷史掘進(jìn)位移序列數(shù)據(jù)的DBN模型用于TBM性能預(yù)測是有效的、高精度的,可實現(xiàn)實時、連續(xù)預(yù)測。DBN模型在閃長巖、灰?guī)r和花崗巖洞段的預(yù)測結(jié)果平均相對誤差均在20%以內(nèi),大部分小于15%,除少部分花崗巖洞段擬合度位于0.5～0.7之間,擬合度均高于0.8。(3)DBN模型相對于傳統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)模型在TBM性能預(yù)測方面普遍更具優(yōu)勢,不同巖石種類,不同圍巖級別和不同的性能指標(biāo),在誤差、擬合度和趨勢預(yù)測準(zhǔn)確率方面優(yōu)越程度不一樣。(4)TBM性能預(yù)測模型應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)過程獲取的巖石信息和機(jī)械信息的實際情況,合理選擇建模參數(shù)和方法,在統(tǒng)計回歸等傳統(tǒng)方法上更多地引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法,提高模型預(yù)測精度,以更好地對地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)判和反饋,指導(dǎo)TBM施工。
【圖文】：

單護(hù)盾ＴＢＭ邋—般用于軟弱圍巖為主、巖體抗壓強(qiáng)度較低的地層，雙護(hù)盾ＴＢＭ在軟巖、逡逑硬巖及軟硬交互地層均能適用。ＴＢＭ系統(tǒng)包括主機(jī)系統(tǒng)和后配套系統(tǒng)，總長度一般位于逡逑１５０？４００ｒａ，圖１．１為典型的ＴＢＭ構(gòu)造示意圖。主機(jī)系統(tǒng)用于破碎巖石和輸出渣料，以及逡逑超前鉆探、掛網(wǎng)錨固等，由刀盤系統(tǒng)、超前鉆探系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、逡逑支撐和推進(jìn)系統(tǒng)組成，？后配套用于運(yùn)輸渣料和建材、襯砌支護(hù)、灌漿加固、通風(fēng)照明等，逡逑由司機(jī)操作室、支護(hù)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、渣料和建材運(yùn)輸系統(tǒng)、隧道照明和通風(fēng)系統(tǒng)、通逡逑訊系統(tǒng)等組成。ＴＢＭ綜合了土木工程、計算機(jī)科學(xué)、新材料技術(shù)、自動化技術(shù)、信息化逡逑技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新技術(shù)，具有開挖迅速、連續(xù)操作、較少的巖石破壞和支逡逑護(hù)、巖渣均勻、施工安全、自動控制以及環(huán)保等優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計，與傳統(tǒng)鉆爆法相比，ＴＢＭ逡逑掘進(jìn)效率是前者的３？１０倍，在長、大、深埋隧道工程施工中，顯示出明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)逡逑優(yōu)勢，因此，越來越多的ＴＢＭ被應(yīng)用到交通、水利、礦山等重大工程（王夢恕等，２００４）。逡逑圖１．１邋ＴＢＭ示意圖逡逑１．１．１邋ＴＢＭ的發(fā)展與應(yīng)用逡逑１８５１年，世界上第一臺ＴＢＭ誕生于美國，，由Ｃｈａｒｌｅｓ邋Ｗｉｌｓｏｎ設(shè)計完成，但由于當(dāng)時逡逑Ｉ逡逑

第Ｉ章緒論逡逑深度置信網(wǎng)絡(luò)，建立ＴＢＭ性能預(yù)測智能模型。在實際施工過程中，可根據(jù)獲取的圍巖和逡逑機(jī)械信息，合理選擇兩種模型，實現(xiàn)良好互補(bǔ)。具體技術(shù)路線如圖１．２所示。逡逑吉林引松供水逡逑工程ＴＢＭ３標(biāo)段逡逑邐｜ＴＢＭ混合云管理平臺逡逑巖石參數(shù)邋邐逡逑＾￣機(jī)《參數(shù)邐機(jī)滕數(shù)￣｜逡逑多元線性回歸｜邐｜深度置＾網(wǎng)絡(luò)｜邐＋邋｜￣￣ＢＰ網(wǎng)絡(luò)逡逑１邐Ｉ逡逑整機(jī)現(xiàn)場￣［歷史掘進(jìn)位移逡逑掘進(jìn)規(guī)律邋＼邐＋邐序列數(shù)據(jù)逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV554

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2611429