深部高地应力地层TBM掘进速度和滚刀寿命预测模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41907242
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0705.工程地质环境与灾害
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Compared with the traditional drilling and blasting method, tunnel boring machine (TBM) method requires enormous financial investment in the pre-construction phase and has high geologic risks in the terms of construction period and cost. Therefore, TBM performance prediction has always been a hot topic in the tunneling industry. The penetration rate and cutter life were systematically studied by establishing a database for TBM tunneling in shallow grounds by the applicant, but the influences of high in-situ stress in deep grounds on the penetration rate and cutter life were not considered in this preliminary study. In the current study, two typical TBM projects in deep grounds under high in-situ stress are investigated, and a database for TBM tunneling in deep grounds under high in-situ stress is established by using the comprehensive approaches including field data collection, field testing and laboratory experiment. Through the correlation analysis and multiple regression analysis, the empirical relationships between the field penetration index and some common rock mass parameters are revealed, and a multiple regression model to predict field penetration index is established, and the rock mass boreability evaluation method and penetration rate prediction model in deep grounds under high in-situ stress are proposed. Moreover, the wear rule of large-diameter disc cutters in deep grounds under high in-situ stress is revealed by statistically analyzing the disc cutter wear types and changes and the accumulated cutter ring wear extent at different positions on the cutterhead, and a new cutter life prediction model is suggested. The results of this study can provide the theoretical support to estimate the construction period and cost of the TBM tunneling projects in deep grounds under high in-situ stress.
与传统钻爆法相比,TBM工法前期设备投资大,且在施工工期和项目成本方面存在高地质风险。因此,TBM掘进性能预测一直是隧道行业内的热门研究话题。申请人前期通过构建浅部地层TBM掘进性能数据库,对掘进速度和滚刀寿命进行了系统研究,但深部高地应力条件对TBM掘进速度和滚刀寿命的影响还未完全探究清楚。本项目拟依托典型深部高地应力地层TBM施工案例,通过现场数据收集、现场试验和室内试验,构建深部高地应力地层TBM掘进性能数据库;结合相关性分析和多元回归分析方法,揭示深部高地应力地层现场贯入度指数与常用岩体参数之间的经验关系,建立现场贯入度指数的多元回归模型,提出岩体可掘性评价方法,开发掘进速度预测模型;统计分析滚刀磨损类型、不同刀位号滚刀换刀次数和刀圈累计磨损量情况,揭示深部高地应力条件下大直径滚刀的磨损规律,开发滚刀寿命预测模型。研究成果可为深部高地应力地层TBM项目的工期和成本估计提供理论支撑。

结项摘要

TBM工法已成为长大隧道施工的首选方法。与传统钻爆法相比,TBM工法前期设备投资大,且在施工工期和项目成本方面存在高地质风险。因此,TBM掘进性能预测一直是隧道行业内的热门研究话题。本项目围绕TBM掘进性能预测中的“掘进速度”和“刀具寿命”预测两大关键问题进行研究,主要开展了如下研究工作:(1)基于收集的LXB输水隧洞和吉林引松输水隧洞相关资料,按照相应数据筛选准则,构建了一个新的包含134组有效数据的TBM掘进性能数据库;(2)选取现场贯入度指数FPI作为岩体可掘性评价指标,探究了数据库中各岩体参数与现场贯入度指数FPI之间的经验关系,选取显著影响FPI的多个岩体参数,利用多元回归方法、SMA-ELM神经网络、SSA-BP神经网络三种方法建立了现场贯入度指数FPI预测模型,基于现场贯入度指数FPI对岩体可掘性进行了分级,并利用该分级方法建立了掘进速度预测模型;(3)基于刀具磨损现场数据揭示了不同类型滚刀磨损规律,分析并总结了两类滚刀寿命评价指标与安装半径之间的经验关系,利用灰色敏感度分析法探究了滚刀刀圈磨损速率与两类刀具磨损影响参数(完整岩石参数和TBM掘进参数)之间的敏感性,选取合理参数,开发了一个新的正面滚刀寿命预测模型。本项目取得的重要结果和关键数据为:(1)基于三种不同方法建立的现场贯入度指数预测模型中,SMA-ELM模型预测精度最高,SSA-BP模型次之,多元回归模型稍差;(2)边缘滚刀平均单个刀位的刀圈累计磨损量约为中心滚刀的7倍、正面滚刀的3倍,边缘滚刀平均单个刀位的刀圈更换数约为中心滚刀和正面滚刀的3~4倍,边缘滚刀刀圈平均利用率约为中心滚刀和正面滚刀的2~2.5倍;(3)考虑完整岩石参数和TBM掘进参数,基于单轴抗压强度UCS、刀盘推力F和刀盘转速w开发的正面滚刀寿命预测模型预测效果最优(R2=0.964)。上述研究成果可为掘进速度预测和岩体可掘性评价、滚刀磨损规律和刀具寿命预测提供方法支撑,进而为TBM项目的工期和成本估计提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
川西粉质黏土-衬砌接触面冻结强度规律研究
  • DOI:
    10.13448/j.cnki.jalre.2021.103
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    干旱区资源与环境
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马小涵;薛珂;刘建平;罗飞;郑涛;阳峰
  • 通讯作者:
    阳峰
川西地区紫色土抗剪强度水敏性试验研究
  • DOI:
    10.13448/j.cnki.jalre.2022.097
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    干旱区资源与环境
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛珂;郑果;李德生;马小涵;刘建平;郑涛;阳峰
  • 通讯作者:
    阳峰
衬砌粗糙度对季节冻土区渠基土-衬砌接触面间峰值抗剪强度的影响
  • DOI:
    10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0057
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    冰川冻土
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马小涵;薛珂;高樯;张明礼;刘建平;谢军;向卿;杨明东
  • 通讯作者:
    杨明东
寒区非饱和土体混合态水分迁移研究进展
  • DOI:
    10.3876/j.issn.10001980.2022.03.006
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    河海大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛珂;郑涛;张明礼;刘建平;阳峰
  • 通讯作者:
    阳峰
含根量对根-土石复合体的抗剪强度影响试验初探——以垂丝海棠为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建平;周花玉;何天奎;余镜南;张坤;潘玉丛;刘泉声
  • 通讯作者:
    刘泉声

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其他文献

Islet-1在乙酰化调控网络中特异性辅助C3H10T1/2细胞向心肌样细胞分化
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    基础医学与临床
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  • 作者:
    林建萍;田杰;刘官信;鲁荣;刘建平;智深深;朱静;LIN Jian-ping1,TIAN Jie1,2,LIU Guan-xin1,LU Rong1,;2.Dept.of Cardiology,children’s Hospital, Chongqin
  • 通讯作者:
    2.Dept.of Cardiology,children’s Hospital, Chongqin
药物安全性个案报告的国际规范:CARE清单介绍及初步应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    张晓雯;刘建平
  • 通讯作者:
    刘建平
NaAlCl_4/ZSM-5分子筛催化剂的改性研究——对有机硅单体一甲和三甲歧化反应的影响
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    浙江大学学报(理学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑龙珍;徐文媛;钟昀;刘建平;郝伟;何忠义;胡林
  • 通讯作者:
    胡林
大豆豆渣中异黄酮的超声提取工艺研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    杨小敏;刘建平;王雪芳;袁招莲;胡林
  • 通讯作者:
    胡林
湘南香花岭锡矿田碎屑岩中似层状锡多金属矿体铟富集特征及成因
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国有色金属学报
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    --
  • 作者:
    郑旭;刘建平;陈卫康;邵拥军;田旭峰;文一卓;刘少青;丁涛
  • 通讯作者:
    丁涛

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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