امیرکبیر عمران مهندسی نشریه 322 تا 313 صفحات 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه DOI:1.226/ceej.215.398 سنگ )TBM( ام بی تی حفاری ماشین نفوذ نرخ پیشبینی برای جدید رابطهی ارائه حسینی جالل سید * حسینی مهدی ایران قزوین )ره( خمینی امام المللی بین دانشگاه مهندسی و فنی دانشکده باالی قیمت بدلیل میروند. بهشمار تونلها در حفاری ماشینهای مهمترین از )TBM( تماممقطع حفار ماشینهای چکیده: ماشین عملکرد ارزیابی شاخصهای از یکی دارد. ویژهای اهمیت ماشینها این از استفاده با حفاری در عملکرد ارزیابی ماشین کدام هر که دارد وجود نفوذ نرخ پیشبینی برای متنوعی روابط و روشها است. دستگاه این نفوذ نرخ پیشبینی تونل حفر روشهای شدهاند. ارائه ماشین مشخصات و سنگ توده به مربوط پارامترهای اساس بر و دارند را خود خاص ویژگیهای و مدلسازی در باال کارایی با روشهای از عصبی فازی تطبیقی استنتاجی سیستم و عصبی شبکه متغیره چند خطی رگرسیون پارامترهای گرفتن نظر در با و متغیره چند خطی رگرسیون روش بکارگیری با تحقیق این در میباشند. دادهها در الگو تشخیص اساس بر و گردید ارائه 1 زاگرس تونل در نفوذ نرخ پیشبینی برای روابطی )TBM( تونل حفر ماشین و سنگ توده کلیدی رابطه توسط قمرود تونل مقاطع بعضی در نفوذ نرخ اعتبارسنجی بررسی برای شد. انتخاب رابطه بهترین آماری تحلیلهای پیشبینیشدهی مقادیر که میدهد نشان مدلها سایر نتایج و واقعی مقادیر با مقایسه در محاسبات نتایج شد. محاسبه پیشنهادی است. برخوردار قبولی قابل دقت از پیشنهادی رابطه توسط نفوذ نرخ داوری: تاریخچه 1393 شهریور 16 دریافت: 1394 فروردین 3 بازنگری: 1394 خرداد 1 پذیرش: 1394 تیر 8 آنالین: ارائه کليدي: کلمات نفوذ ام بی تی حفاری ماشین آب انتقال تونل سنگ زاگرس 1 مقدمه -1 عملکرد پیشبینی برای زیادی مدلهای گذشته دههی سه طول در این تمام است. شده مطرح تجربی و تئوری تحقیقات اساس بر ماشینها این توده بین تعامل چگونگی و ماشین نفوذ نرخ درست تخمین منظور به مدلها مدلهای تمام خالصه طور به است. بوده حفاری ماشین ویژگیهای و سنگ مدل یک در میشوند. تقسیم تجربی و تئوری دستهی دو به پیشبینی ارزیابی برای ماشین مشخصات و سنگ توده خصوصیات باید گرایانه واقع بسیار تونل حفر ماشینهای مشخصات باشد. شده لحاظ ماشین عملکرد گروه دو به ماشینها این تونل حفر ماشینهای طبقهبندی در میباشد متنوع درادامه )شکل 1 (. میشوند تقسیم سنگ امهای بی تی و خاک های ام بی تی است] 1 [. شده داده توضیح سنگ امهای بی تی انواع 1 باز سپر تونل حفر دستگاه - 1 این میرود کار به سخت درسنگهای تونل حفر برای ماشین نوع این کفشکه تک و کفشکه دو سیستم دو ولی دارند متفاوتی طراحی ماشینها دارند. ماشینها نوع این استفادهکنندگان و سازندگان میان در بیشتری محبوبیت 2 سپری تک مقطع تمام حفر دستگاههای 2- درونگیر سنگ توده که میروند کار به شرایطی در ماشینها این تامین برای کفشک از استفاده امکان که باشد سست قدری به تونل داخل در بتنی قطعات نصب باشد. نداشته وجود پیشروی نیروی فعالیت برای مناسب محیط و کرده جلوگیری دیوارهها ریزش از سپر زمینهای در ماشینها این پیشروی سرعت مینماید. فراهم کارگران است. بتنی قطعات نصب سرعت به محدود ریزشی احیانا و سست در که بوده پوشش دارای استوانه صورت به سپری تک ماشینهای پوشش نصب دستگاه عقب قسمت در و حفار صفحه آن جلوی قسمت گرفتهاند. قرار پیشران جکهای و بتنی تلسکوپی سپر مقطع تمام حفر دستگاههای 3- شرایط با زمینهای در کار هدف با ماشین نوع این بار اولین برای عرصه به است نیاز مورد باال اجرای سرعت که هنگامی یا و نامناسب عقب و جلو سر دو بر عالوه ماشین این گردید. معرفی تونل مهندسی کفشک و سپری( تک ماشین در )موجود پیشران جکهای به مجهز ]2[. هستند باز( سپر ماشینهای در )موجود که عمومی مدل یک ساخت برای زیادی تالشهای اخیر درسالهای شده انجام بگیرد نظر در را ماشین نفوذ نرخ بر موثر پارامترهای تمامی بوده غیرممکن حدی تا و دشوار بسیار کاری مدلی چنین ساخت اما است. نظری )مدلهای ماشین عملکرد پیشبینی مدلهای تمامی رو این از است. پیشبینی مدلهای همه میان از است. همراه خطاهایی با عمل در تجربی( و مدرسه نظری مدل و QTBM تجربی مدل ( 3 NTH( نروژی تجربی مدل mahdi_hosseini@ikiu.ac.ir مکاتبات: عهدهدار نويسنده * 313
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 313 تا 322 معدن کلرادو ( 4 )CSM از مقبولیت بیشتری برخوردار هستند. عالوه بر این مدلها محققان در زمینهی پیشبینی نرخ نفوذ تحقیقات گستردهای انجام داده و با استفاده از ویژگیها و خصوصیات سنگ بکر و توده سنگ و همچنین پارامترهای ماشین روابطی را برای پیشبینی عملکرد ماشین ارائه کردهاند. در جدول 1 برخی از روابط ارائه شده برای تخمین نرخ نفوذ ارائه شده است. در روابط ارائه شده در جدول: :Kd سختی کل :HT ضریب اصالح کالس درزه ها :Ks نرخ نفوذ :PR ضریب اصالح قطر دیسک :HR سختی چکش اشمیت T : نیروی محوری ماشین :HA سختی سایشی N: شاخص نفوذ :Fn نیروی نفوذ هر دیسک : زاویه اصطکاک داخلی مقاومت کششی برزیلی : مقاومت تک محوری ماده سنگ :ib نرخ نفوذ پایه :ARA متوسط نرخ پیشروی :ME اندیس قابلیت حفاری توده سنگ : مقاومت تک محوری توده سنگ :FPI اندیس نفوذ میدانی BRMR:RMR پایه RMR( بدون در نظر گرفتن جهت یافتگی ناپیوستگی( : زاویه بین محور تونل با صفحات ناپیوستگی و RSR امتیاز ساختار سنگ: هدف از اجرا و انجام این تحقیق ارائه روابطی مناسب برای پیشبینی نرخ نفوذ ماشین در هنگام حفاری تونل با ماشین حفاری تی بی ام سپر تلسکوپی و مقايسه آن با ساير مدلها ميباشد. شکل 1: انواع ماشینهای حفر تونل ]2[ Fig.1. Types of tunnel boring machine[2] تارکی) 1973 ( جدول 1 :روابط ارائه شده برای پیش بینی نرخ نفوذ تی بی ام توسط شماری از محققین ]3-21[ Table 1. Relations for the prediction of penetration rate proposed by researchers [3-12] فارمر و گلوسوپ 2 )198( PR =.59RSR + 1.59 کاسینلی و همکاران) 1982 ( PR = ib K K لیزلرود و همکاران )1983( s d PR =.5355 8.49.344T.823N +.137ϕ بامفورد )1984( PR =.47RSR + 3.15 ایناراتو )1991(.437 σ c بارتن )2( = PR.2 5Q TBM.66.66 RMR 1 ریباچی و لمبوفازی )25( SP = 25 σcm, σcm = σc exp 18 ARA =.422ME 11.61 بیناویسکی و همکاران )27( FPI =.222BRMR + 2.755 حسن پور و همکاران )29( FPI FPI.8GSI = 9.273e حسن پور و همکاران) 29 (.98 = 11.718Q حسن پور و همکاران) 29 ( خادمی حمیدی و همکاران )21( خادمی حمیدی و همکاران )21( خادمی حمیدی و همکاران )21( PR = 3.716.19 H, H = H H F PR = 624 n σ tb ( ).5 T T R A 1 FPI = 9.41+.397logα +.11 JC + )1.14 1 RQD + 1 14 FPI = 1.828 σ. RQD. Jc..313.27.44.12 c σ 2 5 3 5 4 c 314
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 313 تا 322 2-2 تونل انتقال آب زاگرس 1 تونل انتقال آب نوسود بخشی از طرح انتقال آب به دشتهای گرمسیری غرب کشور است که آب منحرف شده از رودخانه سیروان را به پایین دست منتقل کرده و هدف از احداث این تونل کنترل و تنظیم آبهای سطحی منطقه وسیعی از غرب کشور و انتقال آن به دشتهای زراعی منطقه میباشد. قطعه یک تونل نوسود )تونل زاگرس 1( از حوالی روستای هیروی تا ازگله ادامه دارد. قطعه اول این تونل )حد فاصل مره خیل تا هیروی( به طول حدود 14 کیلومتر با عنوان قطعه یک- الف اجرا خواهد شد. مقطع تونل به صورت دایرهای و با قطر تمام شده 4/5 متر و شیب /183 برای انتقال آب به صورت ثقلی طراحی شده است. اجرای تونل )حفاری و سگمنتگذاری( به صورت مکانیزه و با استفاده از دستگاه تی بی ام انجام میگیرد. همچنین شروع حفاری تونل به صورت شیب مثبت و از طرف دهانه مره خیل میباشد. در شکل 2 موقعیت جغرافیایی و راههای دسترسی به تونل زاگرس 1 نشان داده شده است. 33-3- زمین شناسی مسیر حفاری شده طبق تقسيمبنديهای زمینشناسی گستره مورد مطالعه در دو پهنه )ناحیه( ساختاري از كوهزاد زاگرس قرارگرفته است كه عبارتند از پهنه زاگرس شمالي و كمربند چين خورده-رانده زاگرس. بيشتر مسير تونل از كمربند چينخورده رانده زاگرس عبور ميكند. در اين قسمت از مسير پهنههاي گسله بزرگي بر سر راه تونل قرار گرفتهاند. بخش ناچيزي از مسير تونل نيز در پهنه زاگرس شمالي واقع است. بلوک هيروي بر روي اليههاي گسل خورده از جنس نهشتههاي سيليسي پهنه زاگرس شمالي واقع شده است. بطور كلي واحدهاي سنگي كمربند چين خورده رانده زاگرس درمنطقه مورد مطالعه شامل تناوبی از واحدهاي آهكي شيلي و آهك رسي ميباشد كه در يك بازه زماني بزرگ نهشته شدهاند. براساس مطالعات صورت گرفته چند واحد ليتولوژي دراين پهنه زمينشناسي از گستره مورد مطالعه جدا شده است. گسلهای عمده مشاهده شده در مسیر تونل عبارتند از گسلهاي مرهخيل مرهمران هيرتا-باينگان بله بزان و سيروان. در شکل 3 نمایی از واحدهای مختلف زمینشناسی و گسلهای موجود در مسیر تونل زاگرس 1 نشان داده شده است. شکل 2: موقعیت جغرافیایی و راههای دسترسی تونل زاگرس 1 در استان کرمانشاه ]13[ Fig.2. Geographic location and access routes of Zagros 1 tunnel in Kermanshah province [13] شکل 3: واحدهای زمینشناسی و گسلهای موجود در مسیر تونل ]13[ Fig.3. Geological units and faults on the tunnel route[13] 315
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه انتقال تونل در رفته بکار مکانیزه حفاری دستگاه 4-4 مشخصات 1 زاگرس آب شیلد دبل نوع از یک-الف قطعه نوسود پروژه در استفاده مورد ماشین هنگ در 2 پیک کاستل پروژه از دوم دست بصورت و بوده 91 سخت سنگ طراحی به توجه با دستگاه این است. شده وارد ایران به کنگ آن اسمی قطر و بوده کوچکتری حفاری قطر دارای تونل اولیه کاستل در استفاده مورد ام بی تی ماشین است. میلیمتر 5275 است شده ساخته و طراحی آلمان هرنکنشت شرکت توسط پیک گرانیت در استفاده برای 27 سال در نو ماشین یک عنوان به و 25 حدود در فشاری مقاومت با کنگ هنگ پیک کاستل متر 4 سرباره با متر 45 برابر تونلی طول برای مگاپاسکال به سخت سنگ تخت سر نوع از حفار صفحه است. شده ساخته تعویض عقب نوع از اینچی 17 قطر دارای دیسک عدد 37 همراه میباشد. 12 شونده نفوذ نرخ پیشبینی برای روابطی ارائه -5 گستردهترین از یکی جاری عصر در علوم کلیه پیشرفت به توجه با آماری اطالعات مبحث میشود دیده وفور به مختلف علوم در که نیازهایی با مختلف علوم آماری بررسی حاضر حال در است. علم هر به مربوط نرمافزارها این پرکاربردترین از یکی که میشود انجام مختلفی نرمافزارهای نرمافزار این است. 22 نرمافزارSPSS است رایج امر متخصصین بین در که SPSS عبارت اصل در و میشود استفاده آماری تحلیلهای برای افزار SPSS نرمافزار میباشد. اجتماعی" علوم برای آماری "بسته عبارت مخفف که است نرمافزارهایی جمله از دارد. را خودش خاص ویژگیهای و کاربرد عالوه میشود. استفاده وسیع طور به اجتماعی علوم در آماری تحلیل برای مختلف علوم در که میکنند استفاده پژوهشگرانی نرمافزار این از این بر آماری تحلیلهای بر عالوه دارند. اطالعات آماری جنبههای بررسی به نیاز و دادهها مدیریت در آن توانایی به میتوان نرمافزار دیگر ویژگیهای از ]14[. کرد اشاره دادهها سازی مستند همچنین تونل مسیر در مناسب اطالعاتی بانک یک ایجاد و دادهها جمعآوری 5-55-5 تحلیل برای میتوانستند حفاری دستگاه و سنگ مختلف پارامترهای گذشته محققین کارهای به توجه با گیرند. قرار استفاده مورد مطالعه این در عملیات توسط و داشته قرار دسترس در که پارامترها این از مورد هشت انتخاب تحلیل فرآیند انجام برای بود آمده بدست 1 زاگرس تونل در میدانی زا مرحله این در گردید. جمعآوری آنها به مربوط دادههای و اطالعات و و شده ثبت گزارشهای اساس بر دستگاه واقعی عملکرد اطالعات تحقیق و صحرایی آزمونهای انجام تونل کار سینه بازدید شامل پروژه در مستند ال پی توسط شده ثبت دادههای و روزانه گزارشهای مختلف آزمایشگاهی مراحل مطالعات گزارشهای بررسی اجرا نقشههای بررسی دستگاه 23 سی دسترسی از پس گردید. ثبت و دستهبندی جمعآوری تونل اجرای حین و قبل اطالعاتی بانک در دادهها کردن مرتب بعدی گام نیاز مورد اطالعات به دادهها که شود مرتب گونهای به باید اطالعاتی بانک این میباشد. مناسب از بعد تحقیق این در باشند. استفاده قابل راحتی به تحلیلها انجام هنگام و تجزیه برای الزم زمینه بررسی مورد پروژه از مختلف اطالعات جمعآوری مربوط اطالعات تحقیق این در که است گفتنی گردید. فراهم دادهها تحلیل مقطع 11 در که 1 زاگرس آب انتقال تونل طول از کیلومتر دوازده حدود به آنها از تحلیلها انجام در و شده جمعآوری شدهاند اندازهگیری تونل از شده آورده مقطع 11 به مربوط اطالعات 2 جدول در است. شده استفاده نرمافزار در اطالعاتی بانک یک صورت به شده جمعآوری دادههای است. داده انتقال SPSS نرمافزار به ها تحلیل انجام هنگام در تا شد ذخیره اکسل و خصوصیات شامل مذکور دادههای جزئیات به مربوط پایه اطالعات شوند. پارامترهای و خصوصیات همچنین و تونل برگیرنده در سنگهای پارامترهای تمام که 1 زاگرس تونل در شده استفاده ام بی تی حفاری ماشین به مربوط ایجاد به منجر نهایت در گرفته صورت آنها روی بر رگرسیون تحلیلهای است. شده دستگاه نفوذ نرخ پیشبینی برای رابطهای ساده رگرسیون آنالیز 5-55-5 دوم )درجه خطی غیر و خطی روابط از متشکل ساده رگرسیون آنالیز طور به وابسته متغیر و مستقل متغیرهای بین غیره( و لگاریتمی نمایی ورود و شده اشاره مراحل انجام و تکمیل از پس کار این برای است. جداگانه خواص به مربوط پارامترهای ابتدا که گونهای به پارامترها مرحله به مرحله خواص به مربوط پارامترهای بعد مرحله در سپس شده نرمافزار وارد سنگ با پارامترها از هرکدام ارتباط و گرفته قرار تحلیل مورد ماشین پارامترهای و رگرسیون مدل پنج مستقل متغیرهای برای گرفت. قرار بررسی مورد نفوذ نرخ با سنگ خواص از هرکدام بین ارتباط آمد. بدست خطی توابع براساس ساده است. شده داده نشان 3 جدول در شده حاصل معادالت با همراه نفوذ نرخ همبستگی ضریب اما هستند معنیدار آماری طور به روابط این اکثر اگرچه تک فشاری مقاومت )بجز میباشد پایین نسبت به نفوذ نرخ و پارامترها بین قبول قابل رابطهی یک آوردن بدست میدهدکه نشان نتایج این محوری(. مستقل متغیر عنوان به متغیر یک تنها از استفاده با نفوذ نرخ تخمین برای تخمین یک آوردن فراهم برای دلیل همین به باشد. کاملی معادله نمیتواند بطور مستقل متغیرهای بهعنوان متغیر چند از استفاده نفوذ نرخ برای واقعی میباشد. ضروری متغیره چند رگرسیون از استفاده همان یا همزمان ام بی تی نفوذ نرخ پیشبینی روابط ارائه برای چندمتغیره رگرسیون 5-55-5 آنالیز هشت چندمتغیره خطی رگرسیون آماری تحلیل برای مرحله این در 316
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر دوره 49 شماره 2 سال 1396 صفحه 313 تا 322 پارامتر مقاومت فشاری تکمحوری سنگ مقاومت کششی میانگین فاصله سطوح ناپیوستگی زاویه آلفا نیروی پیشران ماشین حفاری توان ماشین گشتاور و سرعت چرخش صفحه حفار 24 در دقیقه به عنوان متغیرهای مستقل و نرخ نفوذ اندازهگیری شده به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شد. چهار مورد اول مربوط به خصوصیات سنگهای دربرگیرنده تونل و چهار مورد دوم در مورد خصوصیات ماشین حفاری میباشند متغیرهای مستقل طی هشت مرحله به ترتیب وارد رگرسیون شده و هشت مدل مختلف را به وجود میآوردند. برای انجام تحلیل رگرسیون خطی چند متغیره برای تعیین درصد تاثیر هریک از متغیرهای مستقل در افزایش یا کاهش نرخ نفوذ و برقراری رابطهای معنی دار بین آنها متغیرهای مستقل که در اینجا پارامترهای مربوط به ماشین و خصوصیات سنگهای در برگیرنده تونل میباشند به ترتیب و بهصورت گامبهگام به نرمافزار وارد شده و هر کدام از متغیرها برای ایجاد یک مدل جدید به ترتیب به محیط آنالیز رگرسیون اضافه میشوند. در ابتدا پس از اینکه کل دادهها به پنجره اصلی محیط نرمافزار وارد شد از نوار ابزار باالی صفحه گزینهی مربوط به آنالیز و از آنجا رگرسیون و سپس گزینهی خطی را انتخاب کرده تا پنجره مربوط به رگرسیون خطی ظاهر شود. در این پنجره مشاهده میشود همه متغیرها در ستون سمت چپ ظاهر شدهاند که برای انجام عملیات باید آنها را در ردیفهایی که در ستون سمت چپ این پنجره مشاهده میشود دستهبندی کرد. در این مرحله نرخ نفوذ را که بهعنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شد به جایگاه مربوط به خود یعنی پنجره وابسته انتقال داده و سایر پارامترها که متغیرهای مستقل هستند باید به پنجره متغیر مستقل انتقال داده شوند که متغیرهای مستقل را به صورت مرحله به مرحله به این پنجره وارد نموده به گونهای که در هر مرحله یک متغیر اضافه میشود مثال در ابتدا متغیر مقاومت فشاری تکمحوری وارد شده و مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته و خروجی آن بهعنوان یک مدل که در آن ضرایب مربوط به میزان تاثیر هر پارامتر در تغییرات نرخ نفوذ و همچنین میزان ضریب همبستگی و سایر پارامترهای خروجی تعیین شده در نظر گرفته میشود. در مرحله بعد مقاومت کششی نیز اضافه شده و آنالیز با دو متغیر انجام شده و یک مدل جدید مشخص میشود. به همین ترتیب سایر پارامترها نیز هرکدام در هر مرحله جدید اضافه شده و یک مدل جدید ایجاد میشود. در نهایت هشت مدل آنالیز رگرسیون خطی ایجاد خواهد شد که در آنها ضرایب مربوط به هر پارامتر و نیز ضریب همبستگی و سایر موارد در جداولی که در خروجی عملیات ایجاد شده به همراه نمودار هیستوگرام و نمودار نرمال شده مشاهده میشود. در جدول 4 ضرایب بهدست آمده از آنالیز رگرسیون برای هر کدام از پارامترها که به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شده اند نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده می شود جدول 4 اطالعاتی را در مورد متغیرهای پیش بین ارائه میدهد. این جدول اطالعات ضروری برای پیشبینی متغیر وابسته را نشان میدهد. مقادیر ضرایب رگرسیونی در ستونی با عنوان B جدول )2(: اطالعات و دادههای پایه خصوصیات سنگ و ماشین حفاری تونل زاگرس ]13[ 1 Table 2. The information and basic data of rock characteristics and tunnel boring machine in Zagros 1 tunnel [13] ایستگاه تونل متراژ تجمعی متراژ روزانه )کیلووات(توان نیروی پشت صفحه )کیلو نیوتن( حفار )کیلونیوتن متر( گشتاور سرعت چرخش صفحه حفار )دور بر دقیقه( زاویه امتدادناپیوستگیها با محور تونل)درجه( فاصله بین ناپیوستگیها)متر( سرعت پیشروی)سانتیمتر بر ساعت( ضریب بهره وری)درصد( نرخ نفوذ )متر بر ساعت( مقاومت کششی توده سنگ )مگاپاسکال( مقاومت فشاری تک محوری توده سنگ)مگاپاسکال( 199/7 9/3 1/5 1/4 15/6 /8 25 4 4 45 472/5 3/5 26/5 1 199/3 9/3 1/3 11/8 15/4 1/6 21 6/25 912/5 522 48 2/94 128/53 2 199 9/1 3 2/9 8/7 /4 2 7 9 7 1137/5 1/59 226/4 3 176 1/3 1/8 7/3 13/1 /8 45 7/15 4 531 532 3/15 748/44 4 189/7 9 3/2 2/8 66/7 /2 42 7/4 43 4898 476 12 842/95 5 189 9 3/27 19/8 64/8 /2 4 5/5 4 4166 336 12 948/9 6 168/3 9/8 2/36 29/5 69/9 /4 41 5/15 5 4873 392 15 145/67 7 174/1 9/9 3/1 27/8 85/9 /2 35 7/6 65 597 621 18/4 1142/21 8 177/9 1/1 3/27 22/2 72/8 /4 61 7/25 675 6142 64 15/1 1254/31 9 18/7 1/1 2/66 18/8 5 /4 55 5/4 6 4956 543 1/22 1354/3 1 184/1 1/2 3/1 25 75/2 /4 49 5/1 55 5166 542 15/5 1459/93 11 317
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه نفوذ نرخ و مستقل متغیرهای بین روابط خالصه جدول 3 : Table 3. Summary of relationships between independent variables and penetration rates همبستگی ضریب /38 /2 /11 /19 /2 /22 /82 /11 PR با تجربی رابطه مستقل متغیر UCS BTS Alpha angle DPW RPM Torque thrust Power PR =. 12 UCS + 5 / 4 PR = / 2BTS + 5/ 4 PR =. 4 + 3 / 66 PR = / 1DPW + 3/ 4 PR = / 1RPM + 3/ 5 PR = / 5 thrust + 3/ 8 PR = / 5 thrust + 3/ 8 PR = / 11Power + 3 / 11 جامعه در رگرسیونی ضرایب از تخمین بهترین ضرایب این شدهاند ظاهر استاندارد رگرسیونی ضریب مقدار نشاندهنده Beta ستون هستند. آماری کاربرد است. وابسته متغیر بر مستقل متغیر تاثیر میزان نشانگر که است شده وجود تحلیل در مستقل متغیر یک از بیش که است Betaهنگامی ضریب نسبی سهم بتوان تا میآورد فراهم را امکان این ضریب این باشد. داشته واقع در و کرد مقایسه هم با وابسته متغیر پیشبینی در را مستقل متغیر هر دارند. وابسته متغیر بر را تاثیر بیشترین متغیرها کدام که کرد تعیین بتوان بیشتر ناپیوستگیها فاصله اثر میشود مشاهده 4 جدول در که همانطور طبقهبندی در دلیل همین به است سنگ تکمحوری فشاری مقاومت از ناپیوستگیها فاصله برای RMRنیز طبقهبندی مانند سنگها مهندسی و است شده لحاظ محوری تک فشاری مقاومت با مقایسه در بیشتری امتیاز امتیاز کاهش در آن نقش بنابراین دارد سنگ ساختاری امتیاز در بیشتری اثر تکمحوری فشاری مقاومت از بیشتر نفوذ نرخ افزایش نتیجه در و سنگ کار سینه در آنها تعداد باشد کمتر فاصلهشان چقدر هر ناپیوستگیها است. سست سنگها توده ناپیوستگیها داخل به آب ورود اثر در و است بیشتر حطس دهندهی نشان Sig ستون است. راحتتر آنها حفاری و میشوند است. مستقل متغیرهای برای شده حاصل ضرایب و مدل آماری داری معنی نرخ پیشبینی مدل که میدهد نشان باشد کمتر پارامتر این میزان هرچه شاخص دهندهی نشان بعدی ستون است. برخوردار باالتری دقت از نفوذ متغیرهای بین خطی رابطه توان دهندهی نشان واقع در که میباشد تلورانس نسبی پراکندگی از نسبتی متغیر هر برای تلورانس واقع در است. مستقل در موجود متغیرهای سایر با متغیر آن خطی روابط توسط که است متغیر آن آن مقدار است نسبت یک تلورانس اینکه به توجه با نمیشود. توجیه مدل باشد نزدیکتر یک به تلورانس مقدار هرچه میکند. تغییر یک و صفر بین مستقل متغیر یک پراکندگی از کوچکی بخش که است این دهنده نشان معکوس نیز بعدی ستون میشود. توجیه مستقل متغیرهای سایر توسط چندگانه همخطی شدت که است )VIF 25 ( آن تورمی عامل یعنی تلورانس چه که میکند بیان که است شاخص یک میکند. ارزیابی رگرسیون در را یافته افزایش همخطی بابت شده برآورد ضرایب به مربوط تغییرات از مقدار ارزیابی میتوان )VIF( مقدار بزرگی با را چندگانه همخطی شدت است. باشد 5 از بزرگتر )VIF( مقدار اگر تجربی کلی قاعده یک عنوان به کرد. متغیرهای بین ارتباط برقراری و معادله ایجاد برای باالست. همخطی شدت شامل که میشود استفاده B ستون ضرایب از وابسته متغیر و مستقل پارامترها از یک هر برای که ضرایبی از استفاده با میباشد. نیز ثابت مقدار یک میتوان است شده تعیین خطی رگرسیون آنالیز فرآیند خروجی در مدل هر برای و مرحله هر در نفوذ نرخ و مستقل متغیرهای بین خطی رابطه نفوذ نرخ پیشبینی برای رابطه هشت ترتیب این به کرد. تعریف شده تولید ضریب همراه به مدل هر به مربوط روابط 5 جدول در که شد خواهد حاصل شده تعریف روابط بررسی با نهایت در میشود. مشاهده آنها همبستگی همبستگی ضریب باالترین دارای که را رابطهای مختلف مدلهای برای خالصه میشود. انتخاب ام بی تی نفوذ نرخ پیشبینی رابطه عنوان به باشد نشان 5 جدول در متغیره چند رگرسیون آنالیز به مربوط اطالعات و روابط است. شده داده 318
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه 7 مدل در نفوذ نرخ برای متغیره چند رگرسیون آنالیز از حاصل خروجیهای و ضرایب 4: جدول Table 7. The coefficients and outputs obtained from the multivariate regression analysis for the penetration rate in model 7 Model )constant( )UCS(MPa )DPW(m Unstandardized Coefficients B 5/427 -/13 -/566 Std. Error /622 /3 /11 standardized Coefficients Beta -/397 -/464 t 8/728-4/72-5/615.Sig Collinearity Statistics Tolerance /847 /883 VIF 1/181 1/133 Alpha -/3 /3 -/71 -/898 /371 /972 1/29 rpm /66 /43 /131 1/515 /133 /82 1/247 )torque(kn.m /1 /22 2/241 /27 /627 1/594 )thrust(kn )Power(kW -/824 -/128 /31-1/329 /292 /187 /171 /649 /545 1/541 1/835 متغیره چند رگرسیون درآنالیز نفوذ نرخ و مستقل متغیرهای بین روابط خالصه 5: جدول Table 5. Summary of Relations between independent variables and the penetration rate in multi-variable Regression مدل متغیرها با رابطه PR همبستگی 1 UCS PR =.12 UCS + 5.4 /38 2 UCS, BTS PR =.1BTS.11UCS + 6.2 /394 3 UCS, BTS, DPW PR =.63DPW.1BTS.11UCS + 6.15 /4 4 UCS, BTS, DPW, Alpha PR =.3α +.56DPW.84BTS.11UCS + 6.17 /41 5 UCS, BTS, DPW, Alpha, RPM PR =.6RPM.3α +.56DPW.86BTS.11UCS + 6.152 /42 6 UCS, BTS, DPW, Alpha, RPM, torque 7 UCS, DPW Alpha, RPM, torque, thrust PR =.1torque +.6RPM.3α +.56DPW.86BTS.11UCS + 6.152 PR =.8thrust +.1torque +.66RPM.3α.56DPW.13UCS + 5.42 /419 /62 8 UCS, BTS, DPW Alpha, RPM, torque, thrust, power PR =.43RPM.3α +.46DPW.94BTS.1UCS + 6.21 /465 319
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه محققینگذشتهسعیشدهبیشترینپارامترهایموثردرنظرگرفتهشوندبهطوریکه حفار صفحه پیشران نیروی شامل که ام بی تی حفاری ماشین پارامتر مهمترین مهم پارامترهای و شده گرفته نظر در است حفار صفحه چرخش وسرعت گشتاور مختلف الیههای در پارامتر )این محوری تک فشاری مقاومت شامل که سنگ )یکی هستند ناپیوستگی با تونل محور زاویه و ناپیوستگیها فاصله است( متفاوت است. شده لحاظ 1 رابطه در هستند( گسلها ناپیوستگیها از در مدلها سایر و شده ارائه معادله از حاصل نتایج 6-6 مقایسه قمرود آب انتقال تونل پیشبینینرخنفوذوچگونگیارزیابی برایبررسیاعتباررابطهبدستآمدهبرای در که زاگرس آب انتقال تونل مشابه پروژه یک ام بی تی حفاری ماشین عملکرد قرار بررسی مورد است شده استفاده حفاری برای تلسکوپی سپر ام بی تی از نیز آنها مقایسه به سپس شد. محاسبه پروژه این در نفوذ نرخ 1 رابطه از استفاده با و گرفته پرداخته داده رخ واقعیت در که آنچه و مدلها سایر و رابطه این از حاصل نتایج بآ انتقال تونل مسیر از زمینشناسی واحد 1 به مربوط دادههای جدول 6 میشود. 7 جدول در شد. محاسبه نفوذ نرخ دادهها این از استفاده با میدهد. نشان را قمرود ]15[. است شده ارائه CSM و NTH های روش و جدید روابط از حاصل نتایج همبستگی ضریب بیشترین دارای که 7 مدل به مربوط شده ایجاد رابطه حفاری ماشین نفوذ نرخ پیشبینی برای پیشنهادی رابطه عنوان به میباشد هشتگانه مدلهای از آمده دست به نتایج به توجه با میشود. معرفی ام بی تی مدل به نسبت همبستگی ضریب 7 مدل در که میشود مشاهده 5 جدول در حاصله همبستگیهای است. باالتر است شده وارد درتحلیل توان متغیر که 8 این دیگر عبارت به هستند. خطی توابع صورت به حقیقت در متغیرها بین سطح یک با خطی ترکیب یک در پارامترها بین را رگرسیون بهترین برنامه تجربی پیشنهادی مدل بهعنوان 7 مدل میدهد. ارائه درصد 95 اطمینان متغیرهای بین شده ایجاد معادله 1 رابطه میشود انتخاب نفوذ نرخ پیشبینی میدهد. نشان را نفوذ نرخ و مستقل PR =. 8thrust +. 1torque +. 66RPM )1(. 3α. 56DPW. 13UCS + 5. 42 دقیقه( بر )دور حفار صفحه چرخش سرعت :m/hr) RPM( نفوذ نرخ :PR متر( )کیلونیوتن گشتاور : نیوتن( )کیلو حفار صفحه پشت پیشران نیروی )درجه( تونل محور با ناپیوستگیها امتداد زاویه α: )متر( ناپیوستگیها بین فاصله میانگین :DPW )MPa( سنگ محوری تک فشاری مقاومت :UCS کارهای به توجه با است. شده ارائه تلسکوپی سپر ام بی تی برای معادله این ]15[ قمرود تونل به مربوط اطالعات 6: جدول Table 6. Data of the Ghomroud tunnel [15] UCS )MPa( BTS )MPa( DPW )m( α )درجه( RPM Thrust )KN( Power )Kw( زمین واحد تونل شناسی متراژ 2-5 15-9 1/8-/4 46 6-5 55 55-5 -35 An 2-5 15-9 1/8-/4 46 6-5 51 5-4 35-8 GSch1 2-5 15-9 1/8-/4 55 6/5-5/5 6 6-5 8-919 GSch2 2-5 15-9 1/8-/4 49 6/5-5/5 7 9-7 919-19 All 2-5 15-9 1/8-/4 41 5 49 9 19-23 GSch3 2-5 15-9 1/8-/4 61 4/5 51 12-9 23-31 All 2-5 15-9 1/8-/4 37 7 63 8-65 31-325 GSch4 2-5 15-9 1/8-/4 18 6/5 675 8-65 325-35 GSch5 2-5 15-9 1/8-/4 64 6/5-6/5 725 95-65 35-365 GSch4 2-5 15-9 1/8-/4 47 7/5-6/5 75 11-9 365-465 MQ 32
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه قمرود تونل مسیر در مختلف روشهای در نفوذ نرخ پیشبینی خطای همچنین شده پیشبینی و واقعی نفوذ نرخ متوسط 7: جدول Table 7. The average real and predicted penetration rate, also the prediction error of the penetration rate in different methods in Ghomroud tunnel route شناسی واحدزمین تونل متراژ نفوذ نرخ واقعی) m/hr ( نفوذ نرخ شده ارائه رابطه CSM NTH نفوذ نرخ )درصد( CSM خطای نفوذ نرخ (m/hr) (m/hr) (m/hr) )درصد( NTHخطای )درصد( REGخطای 8/74 2/86 27/75 1/9 7/98 2/42 2/63-35 An 32/58 2/97 28/12 1/61 16/96 2/62 2/24 35-8 GSch1 6/87 2/71 53/95 1/34 7/21 2/7 2/91 8-919 GSch2 15/71 2/43 59/52 /85 59/52 /85 2/1 919-19 All 7/4 2/75 31/65 2/3 11/11 2/64 2/97 19-23 GSch3 1/95 2/33 54/76 /95 52/38 1 2/1 23-31 All 11/9 3/29 34/1 1/94 1/88 2/62 2/94 31-325 GSch4 7/4 3/19 34 1/96 11/11 2/64 2/97 325-35 GSch5 29/25 2/8 34/1 1/94 1/88 2/62 2/94 35-365 GSch4 16/29 2/26 31/85 1/84 8/14 2/48 2/7 365-465 MQ نفوذ نرخ پیشبینی مختلف روشهای از حاصل نتایج بهتر مقایسه برای حاصل نتایج خطای قمرود آب انتقال تونل در شده حاصل واقعی مقادیر با نیز CSM و NTH روش دو از حاصل نتایج خطای با رگرسیون روش از جدول به توجه با و کلی طور به است. شده آورده 9 جدول در و شده محاسبه به نسبت رگرسیون روش توسط شده حاصل نتایج خطای گفت میتوان 9 روش و NTH روش در شده حاصل نتایج خطای از کمتر واقعی مقدار CSM روش از کمتر و NTH روش از بیشتر موارد برخی در و CSM به توجه با میگیرد. قرار روش دو این بین رگرسیون روش واقع در و میباشد تقریب با پروژه این در پیشنهادی رابطه که گفت میتوان آمده بهدست نتایج میکند. پیشبینی را نفوذ نرخ واقعیت به نسبت خوبی گیری نتیجه 7-7 میان معنیداری ارتباط که داد نشان ساده رگرسیون آنالیز نتایج حفاری ماشین عملکرد به مربوط پارامترهای و زمینشناسی پارامترهای معنی خطی آماری رابطه نیز تنهایی به پارامترها این از هرکدام و دارد وجود فشاری مقاومت میان همبستگی اما دارند. شده حاصل نفوذ نرخ با داری تطابق پارامتر این و بوده پارامترها سایر از باالتر نفوذ نرخ با تکمحوری در میکند ایجاد ام بی تی حفاری ماشین عملکرد پارامترهای با را بهتری ما بی تی عملکرد پیشبینی برای تجربی مدلهای توسعهی برای نتیجه توجه با اما کرد. استفاده مهم شاخص یک عنوان به پارامتر این از میتوان اکتفا که میرسد نظر به ام بی تی عملکرد بر تاثیرگذار عوامل گستردگی به الزم جامعیت ام بی تی حفاری ماشین عملکرد بررسی برای پارامتر یک به همراه زیادی خطای با است ممکن پارامترها دیگر تاثیر دلیل به و نداشته را نفوذ نرخ پیشبینی برای تنهایی به که پارامترها سایر نتایج بررسی اما باشد پارامترها این میان ضعیف همبستگی دهندهی نشان شدند گرفته نظر در تاثیرگذار شرایط از بیشتری درصد اینکه برای بنابراین میباشد. نفوذ نرخ با و ماشین عملکرد نحوه در حفاری ماشین و تونل دربرگیرنده سنگهای با مرحله به مرحله متغیره چند رگرسیون آنالیز شوند دخیل آن بررسی رابطه یک ایجاد برای موثر پارامترهای از بیشتری تعداد گرفتن نظر در بین در شد. گرفته کار به ام بی تی حفاری ماشین عملکرد پیشبینی برای پارامترها این کردن دخیل با که مختلفی روابط ازمیان و مختلف مدلهای همبستگی میزان بیشترین دارای که 7 مدل به مربوط 1 رابطه شد ایجاد گردید. انتخاب ام بی تی نفوذ نرخ پیشبینی جدید رابطه عنوان به میباشد کششی مقاومت آلفا زاویه شامل پارامترها موثرترین پیشنهادی معادلهی در خصوصیات از تکمحوری فشاری مقاومت و ناپیوستگیها فاصله میانگین حفار صفحه چرخش سرعت و گشتاور حفار صفحه پیشران نیروی و سنگ بررسی برای سپس میشود. ام بی تی حفاری ماشین خصوصیات به مربوط استفاده مورد نیز دیگر مشابه پروژه یک در رابطه این آمده بدست رابطه اعتبار آب انتقال تونل از آمده بدست دادههای و اطالعات از استفاده با گرفت. قرار با شده ایجاد رابطه از استفاده با پروژه این در نفوذ نرخ پیشبینی به قمرود توسط نرخ این پیشبینی از حاصل نتایج با آن نتایج مقایسه و رگرسیون آنالیز حاصل نتایج شد. پرداخته آنها واقعی میزان با همچنین و دیگر روشهای این توسط ام بی تی عملکرد پیشبینی که داد نشان قمرود تونل در شده جهانی مقبولیت دارای که پیشبینی روشهای سایر توسط که آنچه با رابطه تی عملکرد پیشبینی که گفت میتوان و است نزدیک هم به تقریبا هستند این آنکه وجود با است. قبولی قابل دقت دارای شده ایجاد روابط توسط ام بی 321
تا 313 صفحه 1396 سال 2 شماره 49 دوره امیرکبیر عمران مهندسی نشریه [8] Barton, N. (1999). "TBM PREDICTIONS-TBM performance In rock using QTBM-The author, Technical adviser, NGI, has developed a new method for predicting penetration rate and advance rate for TBM tunnelling. The method." Tunnels and Tunnelling 31(9): 3-35. [9] Ribacchi, R. and A. L. Fazio (25). "Influence of rock mass parameters on the performance of a TBM in a gneissic formation (Varzo Tunnel)." Rock mechanics and rock engineering 38(2): 15-127. [1] Bieniawski Z. T., C. B., Galera J. M., Bieniawski Z. T., Celada B., Galera J. M., (27). Predicting TBM excavability-part I. Tunnels Tunnell Int.: 32-35. [11] Hassanpour, J., et al. (21). "TBM performance analysis in pyroclastic rocks: a case history of Karaj water conveyance tunnel." Rock mechanics and rock engineering 43(4): 427-445. [12] Hamidi, J. K., et al. (21). "Performance prediction of hard rock TBM using Rock Mass Rating (RMR) system." Tunnelling and Underground Space Technology 25(4): 333-345. [13] Moshaver Sahel Engineering Institute, G. S. K. A. P. (211). "Workshop Report for Boring and Engineering Services of Nowsud Water Transfer Project, Area 1-A-Zagros 1 tunnel", (in Persian). [14] Curlinger Phedazar,. (29). "Multivariate Regression in Behavioral Research" (Vol. 2), Translated by Dr. Hasan Pasha Sharifi,Avaya Noor Publication, (in Persian). [15] Shariat Alavi, H., and Kakaei, R., (21). ""Calculation of Utilization Factor and Rate of Advance of Hard Rock TBM, Case study: Ghomroud Water Transfer Project, Area 1"." Iranian Journal of Mining Engineering 5(9), (in Persian). پیشبینی و ارزیابی برای آن نتایج و است شده انجام کامل جزئیات با مطالعه است مطمئن حدودی تا تلسکوپی سپر ام بی تی حفاری ماشین نفوذ نرخ 1 زاگرس تونل پروژه دادههای و اطالعات مبنای بر شده ارائه معادله ولی شده ارائه پیشنهادی رابطه کردن روز به و شدن جامعتر برای آمده حاصل بود. خواهد نیاز مورد بیشتر تحقیقات و تکمیلی مطالعات مراجع [1] Foroughi, M., (25). The Effect of Geotechnical Parameters of Tunnel Route on TBM Performance, master s thesis in mining engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, (in Persian). [2] Salehi B. (27). "Tunneling with TBM", Sanei Publication, (in Persian). [3] Tarkoy P.J (1973). Prediction TBM penetration rate in selected Rock types. Ninth Canadian Rock Mechanic. [4] Farmer, I. and N. Glossop (198). "Mechanics of disc cutter penetration" Tunnels and Tunnelling 12(6): 22-25. [5] Cassinelli, F., et al. (1983). Power consumption and metal wear in tunnel-boring machines: analysis of tunnel-boring operation in hard rock: In: Tunneling 82, Proceedings of the 3rd International Symposium, Brighton, 7 11 June 1982, P73 81. Publ London: IMM, 1982. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Pergamon. [6] Lislerud, A. (1988). "Hard rock tunnel boring: prognosis and costs." Tunnelling and Underground Space Technology 3(1): 9-17. [7] Innaurato, N., et al. (1991). Forecasting and effective TBM performances in a rapid excavation of a tunnel in Italy. 7th ISRM Congress, International Society for Rock Mechanics. کنید: استفاده زیر عبارت از مقاله این به ارجاع برای Please cite this article using: M. Hosseini, S. J. Hosseini, Introducing New Equation for Predicting Penetration Rate of Tunnel Boring Machine. Amirkabir J.Civil Eng., 49(2) (217) 213-225. DOI:1.226/ceej.215.398 322