توصيفگر ها :
نرخ پيشروي , روشهاي هوشمند , ماشين حفار EPB , پارامترهاي تاثيرگذار , مترو اصفهان
چكيده فارسي :
امروزه ماشينهاي حفر تونل (TBM) به طور گسترده در پروژههاي عمراني و حفر تونلهاي شهري استفاده ميشوند. اين ماشينها بر اساس نوع سيستم نگهداري سينهكار، سيستمهاي حمل مواد حفرشده و حالتهاي كاري به انواع مختلفي تقسيمبندي ميشوند. يكي از پر استفادهترين TBMها در زمينهاي نرم، TBMهاي نوع تعادل فشار زمين (EPB) ميباشد. به دليل افزايش قيمت و هزينههاي بالاي حفاري، ارزيابي عملكرد اين ماشينها از اهميت ويژهاي برخوردار است. در اين مطالعه به منظور بررسي و ارزيابي عملكرد ماشين حفار از پارامتر نرخ پيشروي استفاده شده است. همچنين براي بررسي و ارزيابي پارامترهاي مورد نياز جهت بررسي عملكرد ماشين حفار EPB در اين پژوهش، از پايگاه داده، شامل اطلاعات حفاري پروژه خط دو مترو اصفهان كه با استفاده از ماشين حفار EPB حفاري شدهاند، استفاده شده است. بر اساس اين مجموعه پايگاه داده و نتيجه حاصل از بررسي مطالعات جمعآوري شده، مهمترين پارامترهاي تأثيرگذار كه در طي فرآيند حفاري بر نرخ پيشروي شامل سرعت چرخش كلهحفار (CR)، گشتاور كلهحفار (CT)، نيروي پيشران (TF)، ميانگين فشار سينهكار (EPBavg)، سرعت چرخش حامل مارپيچي (SR)، نرخ تزريق فوم (FIR) ميباشند، كه براي ساخت و توسعه مدلهاي هوشمند به كار گرفته شدند. لذا به منظور پيشبيني ميزان نرخ پيشروي مدلها با تكيه بر تكنيكهاي دادهكاوي شامل الگوريتم درخت طبقهبندي و رگرسيوني (CART)، ماشين بردار پشتيبان (SVM)، شبكه عصبي مصنوعي (ANN) و جنگل تصادفي (RF) به منظور پيشبيني ميزان نرخ پيشروي (AR) توسعه يافتهاند. لازم به ذكر است پايگاه داده مورد استفاده در اين پژوهش شامل 250 مورد داده ميباشد كه به صورت تصادفي به دو مجموعه داده آموزش و مجموعه داده آزمون تقسيمبندي شدند كه مجموعه داده آموزش (شامل 90 درصد كل دادهها يعني 225 مورد) براي ساخت و توسعه مدلها به كار برده ميشود و مجموعه داده آزمون (شامل 10 درصد كل دادهها يعني 25 مورد) فقط براي ارزيابي دقت مدلها مورد استفاده قرار ميگيرد. لذا با تكيه بر تكنيكهاي دادهكاوي با استفاده از مجموعه داده آموزش، 4 مدل هوشمند براي پيشبيني نرخ پيشروي ماشين حفار EPB توسعه داده شدند. سپس به منظور بررسي دقيقتر و ارزيابي بهتر مدلهاي ارائه شده جهت پيشبيني نرخ پيشروي شاخصهاي آماري ضريب تعيين (R2)، مقادير آماري جذر ميانگين مربعات خطاي نرمال شده (NRMSE) و واريانس خطا (VAF) براي هر مدل با استفاده از مجموعه داده آزمون محاسبه شدند. سپس مقايسه نتايج شاخصهايR2، VAFوNRMSE نشان دادند كه مدل توسعه يافته به منظور پيشبيني نرخ پيشروي بر اساس الگوريتم LS-SVM نسبت به ساير مدلها از دقت بيشتر و خطاي كمتري برخوردار است كه مقادير محاسبه شده R2، VAFوNRMSE به ترتيب برابر با 898/0، 028/89 و 063/0 است. در نهايت مقايسه بين مقادير پيشبيني شده و اندازهگيري شده نرخ پيشروي نشان دادند كه مدلهاي ارائه شده توانستند با خطايي كمتر از 10درصد نرخ پيشروي ماشين حفار EPB را پيشبيني كنند. شايان ذكر است با توجه به دقت بالاي پيشبيني نرخ پيشروي ، مدلهاي توسعه يافته ميتوانند به عنوان مدلهاي كاربردي در صنعت حفاري مكانيزه نقش قايل توجهي ايفا كنند.
چكيده انگليسي :
Today, tunnel boring machines (TBMs) are widely used in construction projects and urban tunnels. These machines are divided into different types based on the type of working face maintenance system, excavated material transport systems and working modes. One of the most widely used TBMs in soft ground is Earth Pressure Balance (EPB) TBMs. Due to the increase in the price and the high costs of drilling, the evaluation of the performance of these machines is of particular importance. In this study, the advance rate parameter has been used to investigate and evaluate the performance of the excavator. Also, to check and evaluate the parameters needed to check the performance of the EPB-TBM in this research, the database, including the excavation information of the Isfahan metro line two project, which were drilled using the EPB-TBM, was used. Based on this database and the results of the collected studies, the most important influencing parameters during the drilling process on the advance rate include the Cutter-head rotation speed (CR), Cutter-head torque (CT), Thrust force (TF), Earth pressure balance average (EPBavg), Screw rotation speed (SR), Foam injection rate (FIR), which were used to build and develop intelligent models. Therefore, in order to predict the advance rate of the models, relying on data mining techniques including classification and regression tree algorithm (CART), support vector machine (SVM), artificial neural network (ANN) and random forest (RF) have been developed. It should be mentioned that the database used in this research contains 250 data items which were randomly divided into two training data sets and test data sets, which training data set (includes 90% of the total data i.e. 225 items) is used to build and develop the models, and the test data set (including 10% of the total data, i.e. 25 cases) is only used to evaluate the accuracy of the models. Therefore, relying on data-mining techniques using the training dataset, 4 intelligent models were developed to predict the advance rate of the EPB excavator. Then, in order to more closely examine and better evaluate the presented models to predict the progress rate of the statistical indicators, the coefficient of determination (R2), the normalized root mean square error (NRMSE) and variance account for (VAF) for each the model was calculated using the test data set. Then comparing the results of R2, VAF and NRMSE indicators showed that the model developed to predict the advance rate based on LS-SVM algorithm has more accuracy and less error than other models, that the calculated values of R2, VAF and NRMSE respectively It is equal to 0.898, 89.028 and 0.063. Finally, the comparison between the predicted and measured values of the advance rate showed that the presented models could predict the advance rate of the EPB-TBM with an error of less than 10%. It is worth mentioning that due to the high accuracy of advance rate prediction, the developed models can play a significant role as applied models in the mechanized drilling industry.