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原文传递基于贝叶斯网络TBM卡机灾害预测与TBM可靠性分析

论文题名：	基于贝叶斯网络TBM卡机灾害预测与TBM可靠性分析
关键词：	全断面隧道掘进机;卡机;可靠度;贝叶斯网络
摘要：	全断面隧道掘进机(TBM)因其掘进速度快、自动化程度高、经济性好等优点，被广泛应用于国内外的公路隧道、输水隧洞、地铁隧道等地下工程建设。TBM在各类硬岩隧道中均具有良好的适应性，然而，由于隧道穿越的空间距离长，地质区域多，不可避免会遭遇各种复杂的地质条件，往往容易导致TBM卡机灾害以及各类TBM设备故障，对TBM的安全性和可靠性提出了挑战。目前，关于TBId卡机灾害的评估预测体系尚不完善，同时也鲜少有关于TBM设备可靠性分析的研究。本论文将从工程地质的角度，对TBId卡机灾害进行风险评估和预测，同时针对TBM设备的可靠性，从部件和系统两个层次，分别评估其可靠性水平。　　本论文的主要工作和研究成果如下: 　　1.TBM卡机案例统计与地质因素分析。通过文献调研建立了TBM卡机案例库，根据数据统计分析的结果，识别了TBM卡机灾害的关键地质影响因素和主要地质灾害类型。同时，采用解释结构模型(ISM)方法，研究了地质影响因素与地质灾害之间的相互影响关系，建立了从地质影响因素到地质灾害，再从地质灾害到TBM卡机的致灾过程层次结构图，有助于分析TBM卡机的成因和机理。　　2.基于静态贝叶斯网络的TBM卡机灾害预测。结合TBM卡机案例库，建立包含卡机案例和非卡机案例的样本数据集，以致灾过程层次结构图作为静态贝叶斯网络结构，采用期望最大化(EM)算法进行参数学习，得到了贝叶斯网络模型。通过对模型参数进行敏感性分析，识别了对TBM最为不利的地质影响因素。同时，将该模型应用于我国新疆某引水隧洞工程，根据隧道掌子面周围的地质条件信息和超前地质预报结果，动态地预测了地质灾害发生概率和TBM卡机概率，并且取得了良好的效果，可以为类似工程中TBM卡机的预防提供一定的参考，提高TBM的安全性。　　3.围岩级别对TBM部件可靠性的影响分析。以山西中部引黄工程某施工标段中所记录的TBM设备失效数据和地质条件信息为基础，针对围岩级别变化对TBM部件可靠性的影响进行了分析和研究。根据极大似然参数估计原理，分别用指数分布和三参数威布尔分布对失效数据进行参数估计和样本曲线拟合，得到了不同围岩级别条件下TBM部件可靠度随距离和时间的变化曲线，并采用K—S检验法对拟合结果进行了验证，最终提出了一种TBM部件可靠度的动态评估方法，可以为TBM部件的设计优化和科学维护提供一定的参考。　　4.基于动态贝叶斯网络的TBM系统可靠性分析。创新性地提出了一种新的TBM系统可靠性评估方法，通过建立从故障树到动态贝叶斯网络的映射关系，结合TBM部件的失效概率密度曲线和可靠度函数，利用贝叶斯原理进行推理，对TBM系统可靠度随距离的变化情况进行了分析。研究结果可为TBM的系统性改进和优化提供一定的参考，提升TBM整体的可靠性水平。
作者：	熊悦
专业：	岩土工程
导师：	许振浩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022