[发明专利]基于盾构掘进参数的不良地层预测方法

权利要求书

1.一种基于盾构掘进参数的不良地层预测方法，包括以下步骤：

S1、数据采集：数据主要来源于盾构PDV数据采集系统实时记录地盾构掘进参数；盾构掘进时主要掘进参数包括刀盘转速ω、推进速度v、总推力F、刀盘扭矩T、土仓压力p，螺旋输送机转速n；将采集数据转化为国际单位制；

S2、确定盾构掘进比能：盾构掘进单位体积所需的能量：

SE＝(W_t+W_n)/V＝<(T,F),(ω,v)δt>/(πR²vδt)＝(Tω+Fv)/(πR²v)；

其中：W_t表示扭矩能，W_n表示推力能，δt为时间元素，R为掘进体积的半径；

S3、确定修正比能预测模型，也称为Guo-Wang比能模型：

SM＝K_p·log_e(s×L(v_n))+C；

Guo-Wang比能值SM：土仓压力系数乘以掘进比能SE与推进速度v的逻辑函数乘积的自然对数；该模型剔除了盾构操作因素导致的错误；

L(v_n)＝αv_n-1+(1-α)v_n，其中：α是指数滤波系数；

其中：v_n表示盾构当前的推进速度，v_n-1表示盾构上一时刻的推进速度，L(v_n)为当前推进速度的逻辑函数，C为常数,K_p为考虑孤石地层引起土仓压力变化系数；

S4、将获得的掘进参数输入比能预测模型，得到盾构掘进地层的修正比能值，判断是否为孤石不良地层；

S5、根据输出的修正比能值，判断盾构穿越此孤石地层方法，当修正比能值SM小于1时，采取盾构直接推进通过孤石地层的方法；当修正比能值SM持续大于1.5时，说明地层中存在孤石，需对孤石进行处理或破碎。

2.根据权利要求1所述的基于盾构掘进参数的不良地层预测方法，其特征在于：步骤S2中的W_t、W_n分别为扭矩能与推力能，W＝<F,s>＝||F||·||s||cosθ，时间元素δt趋向于无穷小时，位移线性近似为在分母中，掘进体积被定义为半径R，长度为s＝vδt的圆柱体，其中：θ表示力与位移的夹角，是功的定义。