TBM掘進岩體地質感知與安全控制仿真實驗是山東大學建設的虛擬仿真實驗課程，課程負責人是劉斌。
基本介紹
- 中文名：TBM掘進岩體地質感知與安全控制仿真實驗
- 建設院校： 山東大學
- 課程負責人： 劉斌
- 授課教師：李術才、聶利超、許振浩、葛智
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
作為世界第二大經濟體,我國國民經濟快速持續發展對水資源跨區域配置、水電開發、 交通建設等提出了巨大需求,一大批水利水電工程、鐵路公路交通工程等重大基礎設施正在或即將建設。我國十四五規劃和2035遠景目標綱要中把滇中引水、雅魯藏布江下游水電工程、川藏鐵路、西部陸海新通道等重大工程作為推進重點，強調"加強水利基礎設施建設”、”加強出疆 入藏、中西部地區、沿江沿海沿邊戰略骨幹通道建設”。如我國在建最大引水工程一滇中引水工程, 共有58座主隧洞(長611.99公里)、120條施工支洞(長91.2公里) ,建成後受益國土面積達3.69萬平方公里、受益人口約1112萬;再如擬建的雅魯藏布江下游水電開發工程,規模近6000萬千瓦,裝機容量相當於3個三峽,建成後每年可提供近3000億度清潔、可再生、零碳的電力，為早日實現“碳達峰”、"碳中和” 提供強勁動力;又如規劃中的南水北調大西線工程,計畫每年從長江上游調水2006億立方米到黃河上游,是真正解決黃河流域水資源短缺的民生工程、生命工程。
隧洞(道)是水利水電建設的關鍵控制性工程,隨著我國水利水電、交通基礎設施的蓬勃發展,隧洞(道)建設規模和難度居世界首位。在此背景下,全斷面岩石掘進機(Tunnel Boring Machine , TBM)以“機械化自動化程度高、掘進速度快、成洞質量高、施工擾動小、綜合經濟社會效益高、安全文明環保”等顯著優勢,逐漸成為國際上隧洞(道)修建的首選施工方法。然而，由於TBM對不良地質的適應性較差, TBM施工經常遭遇塌方卡機、突水突泥等嚴重災害，導致效率低下、 工期延誤和嚴重經濟損失,甚至出現整機報廢、人員傷亡等災難性後果。據統計,我國70%的TBM施工遭遇過各類災害事故,累計經濟損失上百億，工期延誤最久者達十年。因此,塌方卡機、突水突泥等嚴重災害事故已成為制約TBM安全高效掘進的大挑戰和國家水利水工程按全建設的“卡脖子”難題。
針對上述挑戰和卡脖子難題,開展岩體和不良地質的準確感知、實現TBM智慧型掘進和安全控制是國際工程界公認的有效解決途徑。本課程“TBM掘進岩體地質感知與安全控制仿真實驗”是為培養我國重大水利水電工程建設後備力量、適應當前我國基礎設施高速發展時代需求而開設的重要課程。該虛擬仿真實驗涵蓋了“TBM地質感知、岩~機大數據與挖堀、智慧型掘進與安全控制”等全鏈條,全方位夯實學生工程實踐和解決重大難題的能力,順應了破解我國重大水利水電工程安全建設的”卡脖子”難題的重大需求。
教學目標
(1)自主學習,實基礎理論知識
利用沉浸式、互動化虛擬教學,促使學生深入理解掌握TBM隧洞岩體地質感知、智慧型掘進和安全控制的系統性知識,涵蓋地質素描、地震勘探、工程感測、隧洞施工、TBM掘進、 安全控制等重要內容,鞏固、驗證和加深本科學習階段《工程地質》、《地震勘探原理與方法》、《水利水電工程施工》 、《水利水電工程施 工課程設計》等課程中的基本概念、基本理論和基本方法,培養學生自主學習的能力,使學生具備紮實的理論基礎。
(2)實結給,實現實驗教學目的
學生通過虛擬線上操作, 結合試驗室現有的試驗裝置,可分理解TBM掘進岩體地質感知與安全控制的必要性;掌握岩體地質感知與建模、岩-機大數據與信息挖掘、智慧型掘進與安全控制的原理、儀器及操作流程;掌握TBM掘進岩體地質感知與安全控制技能,實現工程方案獨立設計,打通從教學到工程實踐到產業轉化再到人才培養的”最後一公里”。
(3)深度鍛鍊,提升解決實際難題能力
本實驗系統通過海量工程數據蒐集,構建了面向一線的可擴展工程案例庫,通過設定不同工況和地質環境,使學生有足夠的多場景、多工況實訓機會,通過工程案例系統化實訓直接培養學生的工程實戰能力,分鍛鍊學生的歸納總結和深度學習的能力,更好的調動學生的科研能力和創新能力,培養學生解決複雜工程問題的思維,讓學生-畢業就能”上戰場、下現場”,直接服務於國際水利水電工程,為國家培養高水平工程科技人才。
(4)潤物無聲,厚植服務大工程的家國情懷
通過全方位立體化訓練和學習,讓學生深入了解國家重大水利水電工程,充分領略諸如白鶴灘水電站等國之重器,深切感受我國TBM重大裝備在國際上的領軍地位,正掌握TBM掘進岩體地質感知與安全控制這- -國際領先成果。 再融入思政元素,增強學生對國家重大工程、裝備和先進科技的自豪感及榮譽感,從根本上提高學生對參與大工程-線建設的興趣和責任擔當,厚植為國家大水利水電工程服務的家國情懷。
