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锦屏二级水电站引水隧道TBM(隧道掘进机)施工岩爆综合预测研究

丁宇  
【摘要】:上世纪七、八十年代以来,TBM掘进机(tunnel boring machine)和掘进技术得到空前发展,其开挖速度快、工作环境友好的特点被越来越广泛的认可。随着隧道工程的发展与进步, TBM掘进技术已相当成熟,被广泛应用于世界各国能源、交通、水利、国防等部门的地下工程建设。一般情况下,当隧洞长度6km或长径比600时,宜优先采用TBM进行开挖。随着隧洞工程的不断扩大和发展,地下洞室“长、大、深、群”的特点愈加明显,因而岩爆问题日益突出。锦屏二级水电站引水隧洞工程埋深大,地应力高,在采用TBM法施工中碰到了高地应力导致的岩爆问题,对施工进度、设备和人员安全影响较大。因此,为了克服TBM在强烈岩爆下出现严重事故,针对TBM施工岩爆预测,同时为TBM施工及时提供反馈信息和为岩爆洞段TBM施工预防重大事故的发生提供指导就显得尤为重要。 本文首先对锦屏二级水电引水隧洞区域进行地应力场反演回归分析,得出引水隧洞各点的地应力值,发现工程区应力场基本以重力场为主。 本文通过现场调研的方式采集、分析了实际工程TBM施工岩爆现象,归纳锦屏二级水电站引水隧洞TBM施工掌子面岩爆坑破裂面上经常会有明显的板裂化现象,且强烈岩爆和极强岩爆的破坏方式以穹状爆裂为主。TBM施工在洞壁遇到岩爆的破坏位置一般在洞壁的右肩和左拱脚处,岩爆类型多以零星岩爆为主,也发生过连续型岩爆。 对于岩爆预测本文采用支持向量机作为岩爆预测的工具,这是由于支持向量机通过较少的学习样本,且具有良好的学习性能及推广能力,并具有极强的非线性系统建模能力。对TBM实际施工岩爆影响因素分析,采用最大主应力1、岩石的弹性模量、岩石单轴抗压强度、岩石的脆性指数、节理体积数、节理与洞轴线夹角和掘进速度7个指标作为岩爆的影响因素和岩爆预测的评价指标。对锦屏二级水电站TBM施工岩爆样本进行学习建立了岩爆预测模型,且对预测样本也有较好的准确率,证明本文所建立基于支持向量机的岩爆预测模型精度很高,可以用于岩爆烈度预测。


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