mechanized excavation
در نشریات گروه مهندسی معدن-
در مراحل مقدماتی یک پروژه تونلسازی دانستن میزان سایندگی مصالح برای انتخاب یک روش حفاری مقرون به صرفه بسیار تاثیرگذار است. در این پژوهش روابطی برای تخمین سایندگی سرشار ماسه سنگ و توف ارایه شد. برای این منظور انواع ماسه سنگ و توف با ویژگی های زمین شناسی گوناگون انتخاب شده است تا نتایج جامع و قابل استناد به دست آید. پس از جمع آوری نمونه های ماسه سنگ و توف از نقاط مختلف و آماده سازی آن ها، آزمایش های گوناگونی برای تعیین مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی، سرعت امواج طولی، سختی واجهشی چکش اشمیت و محتوای کوارتز معادل انجام شد، سپس با توجه به نتایج حاصل از آزمایش ها با استفاده از نرم افزار آماری SPSS و Excel دو رابطه ارایه شد. اولین رابطه بر اساس مقاومت فشاری تک محوری و میزان کوارتز معادل با ضریب تعیین 81/0 شاخص سایندگی سرشار ماسه سنگ را تخمین می زند. برای تخمین شاخص سایندگی سرشار توف رابطه ای بر اساس تحلیل داده ها به کمک نرم افزار اکسل ارایه شد. این رابطه بر اساس سختی واجهشی چکش اشمیت با ضریب تعیین 88/0 شاخص سایندگی توف را تخمین می زند.
کلید واژگان: ماسه سنگ، توف، شاخص سایندگی سرشار، خواص سنگ، سایندگیThe abrasivity of materials is of vital importance in selecting an affordable excavation method in the early stages of a tunneling project. The amount of specific energy and the Mode I and Mode II stress intensity factors in the eroded disc is more than the non-eroded disc. Vickers hardness number rock (VHNR), rock abrasivity index (RAI), Cerchar abrasivity index (CAI), LCPC abrasivity coefficient, and Norwegian University of Science and Technology (NTNU) abrasion test are among the methods for estimating rock abrasivity. Correlations were proposed in this study for estimating the CAI of sandstone and tuff. To achieve reliable comprehensive results, various kinds of sandstone and tuff with different geological properties were selected. Sandstone and tuff samples were collected from different regions. Various tests were then carried out on prepared rock specimens to determine the uniaxial compressive strength (UCS), tensile strength, longitudinal waves velocity, Schmidt hammer rebound hardness, and the equivalent quartz content (EQC). Two correlations were presented by analyzing the experimental results with the help of SPSS and Excel. The first correlation estimated the CAI of sandstone based on the UCS and EQC with a coefficient of determination (R2) of 0.81. Moreover, using data analysis in Excel, another correlation was proposed to estimate the CAI of tuff. The second correlation estimated the Schmidt hammer rebound hardness of tuff with an R2 of 0.88.
Keywords: Sandstone, Tuff, Cerchar Abrasivity Index, Rock Properties, Mechanized Excavation -
Journal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:13 Issue: 37, Winter 2024, PP 1 -9In this study, the penetration rate of the excavation machine in Tabriz Metro Line 2 using geotechnical parameters and neural networks is estimated. For this purpose, through comprehensive analysis, including borehole drilling, field and laboratory tests, and consideration of similar projects, the geotechnical parameters for soil and rock layers have been determined. Preprocessing data techniques, such as normalization, have been applied to address challenges such as noise and bias in raw data. Also, neural networks with varying architectures were evaluated using mean square error and correlation coefficient as evaluation metrics. The architecture (1-12-8) of this research demonstrates superior performance with a mean square error of 1.630 and a correlation coefficient of 0.932. This shows a strong relationship between predicted and actual penetration rate values. The findings of this research highlight the effectiveness of neural networks in estimating the penetration rate. Accurate estimations of the non-linear penetration rate were achieved by employing a single-layer neural network with multiple neurons using appropriate transfer functions. Overall, this research contributes to the understanding of geotechnical considerations for urban train routes and demonstrates the accuracy of neural networks for penetration rate estimation. These insights have implications for the design and engineering of similar projects.Keywords: Tunnelling, Mechanized excavation, Neural networks, Geotechnical parameters, Penetration rate
-
لوکوموتیوهای پشتیبان به لوکوموتیوهایی اطلاق می شود که در حفاری مکانیزه تونل، انتقال قطعات پیش ساخته بتنی، دوغاب پشت قطعات بتنی پیش ساخته و فوم و نیز مواد حفر شده از تونل را برعهده دارند. در این مطالعه، قابلیت اطمینان، قابلیت دسترسی و تعمیرپذیری لوکوموتیوهای پشتیبان ماشین های EPB-TBM خط یک متروی تبریز بررسی شده است. ابتدا، لوکوموتیوها به چهار سیستم اصلی، شامل سیستم پنوماتیکی، الکتریکی، هیدرولیکی و موتور تقسیم شد. هر یک از این سیستم ها نیز به نوبه خود از زیرسیستم هایی تشکیل شده اند. در ادامه، داده های خرابی 5 لوکوموتیو، جمع آوری شد و بعد از ترکیب داده ها، حدود 30000 ساعت داده از خرابی ها به دست آمد. بررسی داده ها نشان داد، در ده زیرسیستم، خرابی وجود دارد و این زیرسیستم ها، بحرانی اند. سپس تحلیل های پارتو برای بررسی درصد خرابی ها، هزینه ها و زمان های تعمیراتی انجام شد. بعد از تحقیقات به عمل آمده مشخص شد، تمامی سیستم ها و زیرسیستم ها به صورت سری با یکدیگر کار می کنند، یعنی خرابی در یک بخش به منزله توقف کل سیستم است. برای هر زیر سیستم ، مناسب ترین تابع توزیع خرابی، برازش شد و قابلیت اطمینان زیرسیستم ها و سیستم ها مشخص شد. با توجه به نبود روند در همه داده های خرابی و حاکم بودن شرایط مستقل و همسان برای داده ها، قابلیت اطمینان و قابلیت دسترسی بر هم منطبق شدند. همچنین با استفاده از متوسط زمان های تعمیرات، قابلیت تعمیر پذیری اجزا تعیین شد. نتایج، حاکی از اهمیت قابلیت اطمینان به ترتیب برای سیستم های پنوماتیکی، الکتریکی، موتور و هیدرولیکی است. سیستم پنوماتیکی اختلاف زیادی با سه سیستم دیگر دارد و با گذر زمان، این اختلاف، بیشتر هم می شود. از نتایج بسیار مهم دیگر، افت قابلیت اطمینان تقریبا تمامی زیرسیستم ها به زیر 50 درصد بعد از 500 ساعت کارکرد است. در بخش تعمیر و نگهداری نیز نتایج نشان داد، تمامی زمان های خرابی به دست آمده بالاتر از 400 ساعت است. از لحاظ زمان های تعمیراتی نیز، بخش قابل توجهی مربوط به سیستم هیدرولیکی است و بعد از آن، موتور و سیستم پنوماتیکی بیشترین زمان تعمیراتی را دارند.
کلید واژگان: حفاری مکانیزه، لوکوموتیو پشتیبان، قابلیت اطمینان، سیستم، زیرسیستم هاBack-up locomotives are locomotives responsible for mechanized excavation of tunnels, transport of prefabricated concrete parts, slurry poured behind prefabricated concrete parts and foams, as well as materials excavated from the tunnel. In this study, the reliability, availability and maintainability of back-up locomotives of EPB-TBM machines of Tabriz metro line 1 have been investigated. Initially, locomotives were divided into four main systems, including pneumatic, electrical, hydraulic and motor. Each of these systems, in turn, consisted of subsystems. Then, the failure data of 5 locomotives were collected; after combining the data, about 30,000 hours of data were obtained from the failures. Examination of the data showed that there was a failure in ten subsystems and these subsystems were critical. Pareto analyzes were then performed to examine the percentage of failures, costs, and repair times. For each subsystem, the most appropriate failure distribution function was fitted and the reliability of the subsystems and systems was determined. Due to the lack of a trend in all failure data and the prevalence of independent and equal conditions for the data, reliability and availability were matched. Also, using the average repair times, the maintainability of the components was determined. The results indicated the importance of reliability for pneumatic, electrical, motor and hydraulic systems, respectively. Meanwhile, the pneumatic system is very different from the other three systems, and over time, this difference becomes even greater. Another very important result is the loss of reliability of almost all subsystems to below 50% after 500 hours of operation. In the maintenance section, the results also showed that all failure times were higher than 400 hours. In terms of repair times, a significant part was related to the hydraulic system, followed by the engine and pneumatic system with the most repair time.
Keywords: mechanized excavation, Support Locomotive, Reliability, system, Subsystems -
برآورد صحیح پارامترهای راهبری ماشین حفار تونل، جهت تعیین شرایط بهینه عملکرد ماشین و افزایش راندمان پروژه های تونلسازی مکانیزه امری ضروری است. در این مطالعه با استفاده از روش های شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه (ANN-MLP) و رگرسیون چند متغیره (MVR) مدل هایی تجربی برای تخمین پارامترهای راهبری ماشین حفار EPB، شامل گشتاور کله حفار و نیروی رانش، در بخشی از پروژه توسعه جنوبی خط 6 متروی تهران توسعه داده شده است که حفاری در سنگ آهک مستحکم توسط ماشین EPB و با ابزار برشی از نوع دیسک کاتر صورت گرفته است. حفاری در چنین شرایطی با این نوع ماشین معمول نمی باشد. پارامترهای مورد استفاده جهت توسعه مدلها شامل پارامترهای اپراتوری و عملکردی ماشین حفار نظیر نفوذ کاترهد، فشار جبهه کار، سرعت چرخش کاترهد و بار کاتر می باشند. مقایسه نتایج بدست آمده از روش ANN-MLP با داده های واقعی اندازه گیری شده ی ماشین حفار توسط توابع خطا در یادگیری عمیق، موید دقت و صحت قابل قبول نتایج حاصل از مدل می باشد. مقادیر تابع خطا میانگین قدر مطلق تفاضل (MAE) برای گشتاور در مرحله آموزش و صحت سنجی به ترتیب 0.00010 و 0.005 محاسبه گردیدند. همچنین مقادیر تابع MAE در برآورد نیروی رانش بر اساس داده های آموزش و آزمایش به ترتیب 0.00016 و 0.010 برآورد شدند. مقایسه مابین نتایج روش MVR با داده های واقعی اندازه گیری شده توسط ماشین حفار نیز بیانگر صحت روابط توسعه داده شده است، به صورتیکه مقدار تابع خطا MAE در برآورد گشتاور 0.0018 و برای نیروی رانش 0.0010 بدست آمد.کلید واژگان: یادگیری عمیق، تونلسازی مکانیزه، پارامترهای راهبری، گشتاور کاترهد، ماشین EPBThe operation parameters of EPB-TBM have always been significant factors in tunnel constructions. So it is crucial to estimate the cutterhead torque and thrust force of the machine. In this study, by employing the multilayer perceptron artificial neural network (ANN-MLP) and multivariate regression (MVR) methods, the empirical models were developed to estimate the EPB operating parameters, including cutterhead torque and thrust force, in the rock section of the Tehran metro line 6, South extension (TML6-SE) project. In this section, the excavation was performed in a strong, blocky to massive rock. The machine was equipped with the disc cutters on the cutterhead as a cutting tool instead of rippers and drag bits. The mechanized excavation in this situation is unusual with using the EPB machines. The input data included the performance parameters such as penetration rate, earth pressure, cutterhead rotation speed, and cutter load. The statistical indices were used to verify the developed models. The results confirmed the accuracy of the models. The MAE loss function determined for torque in both training and testing stages predicted by the ANN was 0.0001 and 0.005, respectively. The MAE loss function determined for thrust force in both training and testing stages predicted by the ANN was 0.00016 and 0.010, respectively. The relationships between parameters in the dataset were investigated to obtain and offer new equations using the multivariable regression statistical method (MVR). The MAE loss function determined for cutterhead torque and thrust force was 0.0018 and 0.0010, respectively.Keywords: Deep Learning, Mechanized Excavation, Operating parameters, Cutterhead torque, EPB machine
-
Increasing demand for the application of mechanical excavation techniques in various civil and mining projects has increased the importance of ground abrasive properties and its mechanized excavatability. The accurate prognosis of cutting tools lifetime has crucial importance in the planning of mechanized tunneling projects. Moreover, the precise estimation of the required cutter number for excavating the determined length of a given section in a specific geotechnical condition is one of the main tasks of the project consultants. The main objective of these estimations is to assess the needed time and cost of cutter replacements in the phase of feasibility studies and to plan a proper maintenance schedule. The LCPC testing procedure is one of the simplest and most common soil abrasivity assessment methods. The purpose of the presented study is to investigate the steel – soil interaction during the LCPC abrasion test. The consumed energy of LCPC tests on different abrasive samples was measured. Based on the recorded energy values, a new parameter of wear specific energy of the LCPC test (WSEL) was introduced. The obtained WSEL values showed meaningful correlations with the sample grains size and the sample average hardness. Moreover, the results revealed that the high LCPC abrasion coefficient (LAC) values are relevant to the high consumed energy levels recorded during the tests.
Keywords: Mechanized Excavation, TBM, Soil Abrasivity, LCPC Test, Specific Energy -
ناهمگنی یا مرزهای لایه ها می تواند تاثیر مهمی بر روی پایداری سینه کار تونل داشته باشد. تجربیات عملی نشان می دهد که پایداری جبهه کار در خاک ناهمگن به نسبت مشکل تر از خاک های همگن بوده و نمی توان به راحتی این مشکل را به طور صریح و در عین حال توسط مدل های ارایه شده برای خاک همگن حل نمود. محاسبه فشار مناسب در جبهه کار تونل هنگام پیشروی، جهت جلوگیری از ناپایداری یک اصل اساسی است. از این رو در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از روش کاهش مقاومت و مفهوم ضریب ایمنی، وضعیت پایداری جبهه کار در تونلسازی مکانیزه روش فشار متعادل کننده زمین (EPB) در شرایط ناهمگن به کمک مدل سازی عددی با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D Tunnel و Phase2 و محاسبات تحلیلی تعادل حدی بروئر و تنش حدی کارنزا تورس بررسی و تحلیل شود و در نهایت نقش ناهمگنی و تاثیر لایه های با ویژگی ژئوتکنیکی ضعیف تر در شروع گسیختگی در جبهه کار تونل مشخص گردد. با مقایسه مقادیر ضریب ایمنی به دست آمده، مقدارها نشان دهنده محافظه کار بودن روش های تحلیلی است. نتایج نشان می دهد در زمین های چندلایه که مواد ضعیف در قسمت فوقانی جبهه کار تونل قرار دارند می توانند سبب افزایش قابل توجه فشار ریزش و نیز ریزش جزئی شوند. با مقایسه فشار جبهه کار به دست آمده به دو صورت یک لایه (فرض همگن گرفتن خاک و میانگین گیری از پارامترهای مقاومتی و فیزیکی خاک) و چندلایه ای جبهه کار، می توان دریافت که فرض گرفتن یک لایه خاک به برآورد نادرست از حداقل فشار جبهه کارمنجر می شود.کلید واژگان: تونل، حفاری مکانیزه، جبهه کار ناهمگن، TBM، نرم افزار Plaxis 3D TunnelDetermination of the optimum face support pressure is one of the fundamental tasks in a excavation using tunnel boring machines (TBM). The optimum face-stabilizing pressure ensures the safety of the excavation, helps to minimize a surface settlement and ultimately prevents the collapse of the entire tunnel. Existing methods have been presented only for homogeneous soil at the tunnel face. The heterogeneity or boundaries of the face layers have a significant effect on the stability of the tunnel face. Practical experiences show that the tunnel face stability in heterogeneous soil is relatively more difficult than homogeneous soils and it cannot be easily solved by the models proposed for homogeneous soil. This study investigates the influence of heterogeneity of the soil on the tunnel face instability in EPB TBM . Therefore, the numerical softwares (Plaxis 3D Tunnel and Phase2) and analytical methods (Broere and Carranza-Torres) were used for the stability analysis of tunnel face in heterogeneous soil. The results of comparing values of safety factor showed that analytical methods are conservative. Moreover, the numerical modeling results showed that when the soils with poor material properties are located in the upper part of the face, they can significantly increase the ground pressure and partial slide. From comparing the face support pressure for one layer (assumption of homogenous soil and averaging of physical and mechanical properties of soil) with multilayers of tunnel face, it can be concluded that assuming of tunnel face as a one layer, causes incorrect estimation of tunnel face support pressure.Keywords: Tunnel, Mechanized Excavation, Heterogeneous Face Support Pressure, Plaxis 3D Tunnel software
-
مقایسه روش های مختلف تعیین سایندگی سنگ هادر حال حاضر، بخش عمده ای از فضاهای زیرزمینی عمرانی و معدنی، بوسیله دستگاه های حفاری مکانیزه احداث می شوند. همچنین، حفر گمانه های ژئوتکنیکی، معدنی و چاه های نفت و گاز، حاصل نفوذ مته به داخل سنگ است. کارآیی چنین تجهیزاتی به شدت نیازمند شناخت کامل شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی زمین پیش روست. یکی از پارامترهای مهم در تخمین عمر مته ها، هزینه ها و ارزیابی کارآیی عملیات حفاری مکانیزه، ویژگی های سایشی زمین است. در این مقاله، روش های مختلف آزمایش قابلیت سایندگی سنگ ها به اختصار مرور شده است. در ادامه با معرفی یک سیستم امتیازبندی ساده برای روش های مختلف، کارآیی آنها در ارتباط با ارزیابی سایش در دیسک های برنده یک TBM برآورد شده است. یافته های این تحقیق نشان می دهند که با وجود کاستی های قابل توجه در روش های ارزیابی ظرفیت سایشی سنگ ها، می توان آزمایش سرشار را به عنوان یک روش کم هزینه و نسبتا کارآمد به کار برد. همچنین در صورت درک مناسب این کاستی ها، می توان در رفع آن ها تلاش نموده و نتایج قابل اطمینان تری به دست آورد.
کلید واژگان: سنگ، حفاری مکانیزه، TBM، ظرفیت سایشی، آزمایش سایش، آزمایش سرشارComparison of various rock abrasivity testing methodsPresently، a large number of civil and mining openings are excavated by mechanized machines. Similarly، geotechnical and mining boreholes as well as oil and gas wells are drilled as a result of penetrating bits in rock. The efficiency of such devices requires a full understanding of geological and geotechnical conditions of the working environment. One of the most important parameters in estimating costs and efficiency of mechanized excavation is wear properties of rock. In this paper، different rock abrasivity testing methods are briefly reviewed Furthermore، by introduction of a simple rating system for various methods، their efficiency، in relation to evaluation of wear in disk cutters of TBMs، is estimated. Based on the results، the Cerchar test can be used as a low cost and relatively efficient method to evaluate abrasivity of rocks. However، investigations showed that Cerchar method، despite its relative high efficiency، has significant shortcomings in evaluating the abrasive capacity of rock.Keywords: Rock, mechanized excavation, TBM, abrasive capacity, abrasivity testing, Cerchar test
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.