[发明专利]基于混合多模型的盾构掘进过程中喷涌工况软测量建模方法

权利要求书

1.一种基于混合多模型的盾构掘进过程中喷涌工况软测量建模方法，其特征在于混合多模型是由基于勘探信息与施工数据的土质软测量模型、基于数据驱动的渗流量软测量模型、基于数据驱动的渗透系数软测量模型和基于机理的喷涌工况软测量模型构成，其中土质软测量模型、渗流量软测量模型、渗透系数软测量模型是喷涌工况模型的输入；建模方法的具体步骤如下：

1)选择推进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、刀盘推力、在土组群为CL_X、CL_Y、CL_Z或CL_A的不同土组中，包含特定地层A与土层X、Y和Z四种土层的联合分布土组数量在土组群为CL_X、CL_Y、CL_Z或CL_A的不同土组中，仅包含土层X、Y和Z的联合分布的土组数量隧道轴线上一点T(t_x，t_y，t_z)到附近地质钻孔BH_i处的水平投影距离、土的相关参数作为辅助变量，根据地质勘探信息计算出特定点处土层的随机分布概率，进而利用置信规则库方法，建立基于勘探信息与施工数据的土质软测量模型，土的相关参数是指土的定容比热、过筛重量占10％的土的粒径、土的初始渗流系数、土的初始压力、土的压缩系数、土的容重、土的不均匀系数、土的塑性指数、土的液限、土的初始孔隙比；

2)选择土比热、刀盘转速、刀盘扭矩、土舱压力、推力、推进速度、土舱温度、螺旋排土器转速作为辅助变量，利用支持向量机方法，建立基于数据驱动的渗流量软测量模型；选择土舱压力、初始孔隙比、土压缩系数、初始土压力、过筛重量占10％的土的粒径、初始渗透系数作为辅助变量，利用支持向量机方法，建立基于数据驱动的渗透系数软测量模型；

3)选择渗透系数、渗流量、过筛重量占10％的土的粒径、土重度作为简化机理模型的输入，建立喷涌工况的软测量模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合多模型的盾构掘进过程中喷涌工况软测量建模方法，其特征在于所述的步骤3)为：

1)根据渗流量和渗透系数计算渗流压力其中K为渗透系数，A为土舱截面积，Q为渗流量，d₁₀′为过筛重量占10％的土的粒径；

2)根据土粒径、土容重计算土颗粒在水中重度其中γ_s为土体容重，γ为水的容重，d₁₀′为过筛重量占10％的土的粒径；

3)喷涌工况的判断

如果渗流压力P大于土体自重G或在土体自重附近则极易发生喷涌，如果渗流压力P远小于土体自重G则不易发生喷涌。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合多模型的盾构掘进过程中喷涌工况软测量建模方法，其特征在于所述的步骤1)中所利用置信规则库方法为：

根据训练数据{(x_i，y_i)，i＝1，2，…，l}，建立如下形式的土质参数规则库模型

规则权重为θ_k。

k∈{1，…，L}

其中(i∈{1，…，Tk})是第k条规则的第i个输入变量的参考值，T_k是第k条规则中用到的前提属性的数目，D_jk(j∈{1，…，N})是第k条规则的第j种结果，是D_jk的置信度，L是规则库中规则的数目，规则权重θ_k及输出结果为D_jk的置信程度由施工记录的训练样本给出。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合多模型的盾构掘进过程中喷涌工况软测量建模方法，其特征在于所述的步骤2)中支持向量机方法为：

给定训练数据{(x_i，y_i)，i＝1，2，…，l}，通过学习得到如下非线性模型f(x)=Σxi∈SV(αi-αi*)K(xi,x)+b,]]>其中K(x,xi)=exp{-||x-xi||2σ2}]]>为Gauss径向基核函数，b=1NNSF{Σ0<αi<C[yi-Σxj∈SV(αj-αj*)K(xj,xi)-ϵ]+Σ0<αi*<C[yi-Σxj∈SV(αj-αj*)K(xj,xi)+ϵ]},]]>为支持向量，N_NSF为支持向量数量，ε为线性不敏感损失参数。