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隧道圍巖鉆進(jìn)機(jī)理研究與數(shù)字鉆進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)

面向復(fù)雜地層高效作業(yè)難題，擬開展隧道圍巖鉆進(jìn)機(jī)理與數(shù)字鉆進(jìn)系統(tǒng)研究。主要內(nèi)容包括：

1. 隧道圍巖鉆具-巖體耦合作用破巖機(jī)理：基于隧道圍巖鉆進(jìn)損傷模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬，研究隧道圍巖在鉆具作用下的裂紋萌生和擴(kuò)展、損傷演化、巖屑形成等規(guī)律，研究鉆具沖擊參數(shù)和切削參數(shù)的敏感性指標(biāo)，分析不同因素對隧道圍巖的影響規(guī)律，揭示鉆進(jìn)荷載下隧道圍巖與鉆具耦合作用的破巖機(jī)理。

2. 基于鉆進(jìn)參數(shù)反演的圍巖智能分級方法：基于現(xiàn)場收集的大量鉆進(jìn)參數(shù)樣本，分析圍巖性質(zhì)與鉆速、鉆壓、扭矩、軸向/周向沖擊力度與頻率等鉆進(jìn)參數(shù)匹配關(guān)系，反演出圍巖堅(jiān)硬程度、完整程度和級別等性質(zhì)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,提出數(shù)字鉆進(jìn)圍巖分級方法,以數(shù)字鉆進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ),從鉆進(jìn)參數(shù)中提取有用信息,構(gòu)建圍巖智能分級方法與系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)定性評價(jià)圍巖地質(zhì)條件，使圍巖分級指標(biāo)的量化更符合實(shí)際情況，提高指標(biāo)量化的準(zhǔn)確性，為隧道施工提供更準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

3. 面向快速鉆進(jìn)的輔助鉆進(jìn)策略與模型：研究變介質(zhì)變載荷情況下鉆進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，提出復(fù)雜地層下的最優(yōu)作業(yè)方法；研究監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與鉆進(jìn)方向、扭矩、壓力等鉆進(jìn)參數(shù)的映射關(guān)系，提出基于深度學(xué)習(xí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與鉆進(jìn)參數(shù)映射模型建立方法，建立鉆進(jìn)作業(yè)參數(shù)與巖層屬性匹配關(guān)系，開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)與海量鉆進(jìn)數(shù)據(jù)的作業(yè)參數(shù)智能優(yōu)化模型，形成鉆進(jìn)過程中作業(yè)參數(shù)優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)智能輔助鉆進(jìn)。

1.形成鑿巖臺車、多功能鉆機(jī)2款裝備復(fù)雜地層鉆進(jìn)仿真模型（含數(shù)字化模型、數(shù)值模擬方法），仿真與測試趨勢吻合性優(yōu)于85%；形成破巖機(jī)理分析報(bào)告1份；

2.建立圍巖智能辨識數(shù)學(xué)模型，形成圍巖智能分級方法與程序1套，圍巖強(qiáng)度/硬度識別準(zhǔn)確率大于80%。

3.建立快速鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化模型（含代碼），形成鑿巖臺車、多功能鉆機(jī)2款裝備作業(yè)參數(shù)智能優(yōu)化程序1套，鉆進(jìn)效率提升10%。

4.發(fā)表EI或SCI檢索論文1篇，申請發(fā)明專利3項(xiàng)（含PCT 1 件）。

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定向鉆復(fù)雜地層破巖機(jī)理研究與數(shù)字鉆進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)

本項(xiàng)目面向定向鉆復(fù)雜地層高效作業(yè)需求，采用理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)等研究方法，揭示復(fù)雜地層鉆進(jìn)機(jī)巖耦合機(jī)制，建立鉆進(jìn)參數(shù)-工程巖土參數(shù)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建巖體參數(shù)智能辨識模型，提出鉆進(jìn)過程中作業(yè)參數(shù)優(yōu)化控制策略，本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

1.  復(fù)雜地層沖擊-旋切破巖機(jī)理：基于連續(xù)非連續(xù)數(shù)值模擬方法，建立考慮螺桿馬達(dá)運(yùn)動(dòng)特征的沖擊-旋切破巖過程仿真模型，研究在沖擊-旋切作用下不同鉆進(jìn)參數(shù)對不同硬度、強(qiáng)度巖石裂紋擴(kuò)展、巖體應(yīng)力狀態(tài)、破壞模式、塑性耗能比以及塑-脆性轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律，揭示沖擊-旋切破巖過程機(jī)-巖作用機(jī)制。

2. 基于鉆進(jìn)參數(shù)的巖石力學(xué)參數(shù)辨識方法:基于復(fù)雜地層沖擊-旋切破巖機(jī)理與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，開展不同鉆進(jìn)參數(shù)組合的巖石模型鉆進(jìn)試驗(yàn)，構(gòu)建鉆進(jìn)參數(shù)-工程巖土參數(shù)數(shù)據(jù)庫，基于深度學(xué)習(xí)自適應(yīng)遺傳算法改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建不同巖石力學(xué)參數(shù)與鉆進(jìn)參數(shù)之間的映射關(guān)系，建立基于隨鉆參數(shù)的巖石力學(xué)參數(shù)感知模型。

3. 定向鉆鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化策略與系統(tǒng):以“最佳施工效率”為目標(biāo)，基于復(fù)雜地層鉆進(jìn)過程機(jī)-巖作用機(jī)制，建立巖層屬性與最優(yōu)鉆進(jìn)作業(yè)參數(shù)匹配關(guān)系，研究鉆進(jìn)過程中鉆壓、泵壓、轉(zhuǎn)速、扭矩等作業(yè)參數(shù)優(yōu)化控制策略，提出基于多目標(biāo)粒子群算法的鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化算法，開發(fā)鉆進(jìn)作業(yè)參數(shù)智能優(yōu)化程序，實(shí)現(xiàn)定向鉆鉆進(jìn)作業(yè)參數(shù)自適應(yīng)優(yōu)化。

1.形成水平定向鉆機(jī)復(fù)雜地層鉆進(jìn)仿真模型（含數(shù)字化模型、數(shù)值模擬方法），仿真與測試趨勢吻合性優(yōu)于85%；形成破巖機(jī)理分析報(bào)告1份；

2.建立巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆感知數(shù)學(xué)模型，形成定向鉆巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆感知程序1個(gè)，圍巖強(qiáng)度/硬度識別準(zhǔn)確率大于80%。

3.建立輔助鉆進(jìn)控制模型（含代碼），形成水平定向鉆機(jī)作業(yè)參數(shù)智能優(yōu)化程序1套，鉆進(jìn)效率提升10%。

4.發(fā)表EI或SCI檢索論文1篇，申請發(fā)明專利3項(xiàng)（含PCT 1 件）。

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