详情

原文传递基于协同学的双模盾构(TBM--EPB)施工复杂系统协同性评价

论文题名：	基于协同学的双模盾构(TBM--EPB)施工复杂系统协同性评价
关键词：	地铁隧道;双模盾构;复杂系统;协同性评价
摘要：	随着我国城市地铁隧道建设数量的逐渐增加，拟建隧道工程穿越的地层条件也愈加复杂，不同地层条件下岩体的力学性能有很大的差异，这就给盾构隧道施工技术带来了严峻的挑战。为了保证复杂地质条件下盾构隧道施工能稳定高效地进行，我国开始引入多模式盾构施工技术，但由于目前对多模式盾构机的应用还处在初期阶段，很多工艺技术尚未成熟，而所选盾构模式能否与地层相适应又严重影响着盾构施工的安全与掘进效率，因此如何准确客观地评价复杂地质条件下,盾构隧道工程在施工过程中盾构机掘进速度、设备磨损程度、围岩失稳程度、地表沉降量以及周边环境扰动程度之间的协同性，是现阶段亟待解决的工程问题。　　因此，在上述背景下，本文以深圳地铁13号线留仙洞站～白芒站隧道工程为例，将双模盾构(TBM-EPB)施工工程看作一个由盾构机子系统、围岩子系统、周边环境子系统三部分组成的复杂系统，并引入系统学理论与协同学理论对该复杂系统的协同演化进行评价分析。首先，界定了双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统及盾构机、围岩、周边环境三个子系统的概念，并对双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统中三个子系统的基本特征和相互之间的影响进行了分析;其次，建立反映该复杂系统内部子系统之间协同关系的序参量指标体系，应用主客观组合赋权法(层次分析法一熵权法)对各序参量的权重值进行了计算，寻找影响双模盾构(TBM-EPB)施工体系安全和效率的主导因素，并构建了序参量的有序度模型;然后，构建双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统子系统有序度模型，分析各子系统对复杂系统协同演化的贡献程度;然后，应用协同学理论中的耦合度计算模型，对反映双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统中内部子系统之间相互作用程度的耦合度进行计算，分析复杂地层中盾构机、围岩、周围环境三个子系统之间的相互作用情况;然后，在对双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统耦合度计算的基础上，建立了一个复杂系统协同度评价模型，依此评价双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统内部三个子系统之间的协同发展水平;最后，应用深圳地铁13号线留仙洞～中间风井站左线ZDK10+078.435～ZDK12+299.462区间的工程数据进行实例计算与分析。在对双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统进行协同性评价之后,发现所选案例区间复杂系统的协同度均在0.6以上且集中在[0.7,0.8),说明双模盾构隧道工程在施工过程中盾构机、围岩和周围环境之间并未出现不协同的情况，但是跟掘进效率高、设备磨损小、围岩和周围环境扰动小的施工目标还有一定的差距。在对双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统内部子系统的有序度进行分析后，发现导致复杂系统内部子系统之间协同性低的主要原因是地表沉降过大和掘进效率过低，因此，针对这一情况，本文应用NSGA-Ⅱ算法调用GA-BP神经网络预测模型的多目标优化方法，以双模盾构(TBM-EPB)施工引起的地表沉降和净掘进速率为控制目标，结合施工过程中的数据范围对盾构机的推力、刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度、同步注浆量和土仓压力6个掘进参数进行优化分析，并对不良地段应采取的施工保护措施提出建议，以提升双模盾构(TBM-EPB)施工复杂系统的整体协同度。　　本文研究成果对于指导深圳地铁13号线留仙洞站～白芒站区间双模盾构(TBM-EPB)隧道工程安全高效施工有重要实用价值，可为类似施工工程盾构机、围岩、环境之间的协同性评价及施工过程中掘进参数的选取提供一定参考。
作者：	师启蒙
专业：	土木水利
导师：	于广明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023