شماره ركورد
23870
شماره راهنما
GEOL3 90
عنوان
اصلاح سيستم طبقهبندي تودهسنگ RMR بهمنظور تخمين نرخ نفوذ ماشين تونلبري TBM درسنگ
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
زمين شناسي مهندسي
دانشكده
علوم
تاريخ دفاع
1403/03/30
صفحه شمار
219 ص.
استاد راهنما
دكتر جمال رستمي , دكتر رسول اجللوئيان
استاد مشاور
دكتر جعفر حسنپور
كليدواژه فارسي
عملكرد ماشين TBM , سيستم طبقهبندي تودهسنگ RMR , آناليز رگرسيون , يادگيري ماشين , الگوريتم درخت رگرسيون , الگوريتم جنگل تصادفي , طبقهبندي RMRTBM
چكيده فارسي
عليرغم استفاده گسترده از ماشينهاي حفر تمام مقطع تونل در صنعت تونلسازي، برآورد دقيق عملكرد ماشينها بهويژه در شرايط پيچيده زمينشناسي هنوز هم ميتواند چالشبرانگيز باشد. پيشبيني نرخ نفوذ و عملكرد ماشين، يك فاكتور كليدي در برنامهريزي پروژههاي تونلسازي، تخمين و كنترل هزينهها و انتخاب ماشين مناسب ميباشد. در طي دهههاي گذشته، مدلهاي زيادي براي پيشبيني عملكرد ماشين TBM ارائه شده است، ولي از آنجا كه عوامل مختلفي از جمله خصوصيات سنگ بكر و تودهسنگ و همچنين خصوصيات اپراتوري و طراحي ماشين در اين فرآيند پيچيده دخالت دارند، تاكنون مدلي ارائه نشده كه همه عوامل مؤثر را در نظر گرفته باشد.
از آنجا كه سيستمهاي مختلف طبقهبندي تودهسنگ، متداولترين روشهاي مورد استفاده در بسياري از پروژههاي مهندسي سنگ هستند، به دليل سادگي، پذيرش جهاني و در دسترس بودن پارامترهاي مؤثر، روش مناسبي جهت تخمين عملكرد ماشين ميباشند. با مقايسه متداولترين سيستمهاي طبقهبندي تودهسنگ، سيستم طبقهبندي RMR همبستگي بهتري با نرخ نفوذ TBM نشان ميدهد، كه اين امر به دليل استفاده از مقاومت فشاري تكمحوره سنگ (UCS) به عنوان پارامتر ورودي در اين سيستم طبقهبندي است. هدف از اين مطالعه، اصلاح سيستم طبقه¬بندي تودهسنگ RMR جهت توسعه مدلي جديد براي پيش¬بيني عملكرد ماشين TBM در سنگ سخت با استفاده از آناليزهاي آماري و الگوريتمهاي هوش مصنوعي است. بدين منظور دادههاي مربوط به 10 پروژه تونلسازي در شرايط زمينشناسي مختلف در يك پايگاهداده جمعآوري شده است. اين پايگاهداده شامل دادههاي زمينشناسي و زمينشناسي مهندسي تودهسنگهاي مسير تونلها و همچنين دادههاي راهبري و عملكرد واقعي ماشين ميباشد. در اين مطالعه ابتدا تحليلهاي آماري مختلفي براي ارزيابي رابطه بين خواص مهندسي تودهسنگ و عملكرد ماشين TBM انجام و امكان استفاده از پارامترهاي ورودي سيستم RMR براي توسعه روابط تخمين عملكرد ماشين با استفاده از آناليز رگرسيون مبتني بر الگوريتمهاي يادگيري ماشين بررسي شده و روابط جديدي براي تخمين شاخص نفوذ صحرايي FPI بر اساس پارامترهاي ورودي سيستم طبقهبندي RMR پيشنهاد شده است. از آنجا كه انواع مختلف سنگها، بافت، ساختار و تركيب كانيشناسي متفاوتي دارند و به نيروهاي برشي ماشين پاسخ متفاوتي ميدهند، اثر نوع سنگ نيز در روابط پيشبيني عملكرد ماشين وارد شده است. اين روابط به ويژه در مرحله طراحي و برنامهريزي يك پروژه تونلسازي، ميتوانند مفيد واقع شوند.
از طرفي از آنجاكه سيستم طبقه¬بندي RMR براي تحليل شرايط پايداري توده¬سنگ در تونل¬ها و طراحي سيستم نگهدارنده توسعه يافته، در نتيجه امتيازدهي پارامترهاي ورودي آن نيز بر همين اساس انجام شده و همين امر ميتواند دليل همبستگي پايين رابطه بين مقادير RMR تودهسنگ و عملكرد ماشين باشد. بنابراين بهنظر مي¬رسد، مي¬توان با تغيير در مقادير امتياز پارامترهاي ورودي سيستم RMR و تغيير در وزندهي داخلي هر پارامتر، به RMR بهينه¬اي دست يافت كه متناسب با هدف اين مطالعه يعني پيشبيني عملكرد ماشين TBM در سنگ سخت باشد. رويكردي كه براي توسعه اين سيستم RMR بهينـه به كار گرفته شده است، استفاده از الگوريتمهاي رگرسيون غيرخطي درخت تصميم و Random Forest است و درنهايت سيستم RMRTBM با هدف پيشبيني عملكرد TBM در سنگ سخت پيشنهاد شده است.
كليدواژه لاتين
TBM Performance , RMR Classification System , Regression Analysis , Machine Learning , Regression Tree Algorithm , Random Forest Algorithm , RMRTBM Classification
عنوان لاتين
Modification of RMR Rock Mass Classification System for Improved Performance Prediction of Rock TBMs
گروه آموزشي
زمين شناسي
چكيده لاتين
Despite the widespread use of tunnel boring machines (TBMs) in tunneling projects, accurately estimating machine performance, particularly under complex geological conditions, remains challenging. Prediction of TBM performance is a key factor for planning, cost estimation/control, and selecting proper machine specifications. Over the past decades, numerous models have been proposed to predict TBM performance. However, due to the involvement of various factors including intact rock and rock mass properties as well as machine operational and design characteristics, no comprehensive model has been developed that considers all influential factors.
Given that different rock mass classification systems are commonly used in many rock engineering projects due to their simplicity, global acceptance, and the availability of effective parameters, they are suitable methods for estimating TBM performance. Among the most commonly used rock mass classification systems, the RMR (Rock Mass Rating) shows a better correlation with TBM penetration rates. This is because of using the uniaxial compressive strength (UCS) as an input parameter in the RMR classification system. The objective of this study is to modify the RMR classification system to develop a new model for predicting TBM performance in hard rock using statistical analyses and artificial intelligence algorithms. For this purpose, data from 10 tunneling projects with different geological conditions and machine types have been obtained from pertinent research groups and compiled in a database. This database includes geological and geotechnical characteristics of the rock mass and operation data and the actual performance of tunnel sections. Various statistical analyses were first conducted to evaluate the relationship between rock mass engineering geological properties and TBM performance. The possibility of using the RMR input parameters to develop performance estimation relationships using ML-based regression analysis was then examined, and new relationships for estimating the Field Penetration Index (FPI) based on the RMR input parameters were proposed. Given that different rock types have varying textures, structures, and mineral compositions, and respond differently to machine shear forces, the effect of rock type was also incorporated into the machine performance prediction relationships. These relationships can be particularly useful in the design and planning stages of a tunneling project.
Furthermore, since the RMR classification system was developed for design applications involving the estimation of rock mass properties, stability conditions, and tunnel support, its input parameter rating is also based on this purpose. This might be the reason for the low correlation between RMR values and TBM performance. Therefore, it seems possible to achieve an optimized RMR by adjusting the RMR input parameters rating and the internal weighting of each parameter, tailored to the aim of this study, which is to predict TBM performance in hard rock. The approach used to develop this optimized RMR involves using nonlinear regression algorithms, decision tree and Random Forest, Ultimately, the RMRTBM system is proposed to predict TBM performance in hard rock.
تعداد فصل ها
8
فهرست مطالب pdf
36342
نويسنده