[发明专利]基于盾构掘进参数的不良地层预测方法

说明书

本发明公开了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；S2、确定盾构掘进比能：盾构掘进单位体积所需的能量；S3、确定修正比能预测模型，SM＝K_p·log_e(s×L(v_n))+C；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；当修正比能值持续大于1.5时，需对孤石进行破碎，分为地面处理和洞内处理；本发明只利用PDV数据采集系统实时记录的盾构掘进参数即可准确判断盾构穿越地层中孤石的存在，操作简单，成本低，有效避免出现漏检，确保盾构掘进安全。

技术领域

本发明涉及盾构掘进技术领域，尤其涉及一种基于盾构掘进参数的不良地层预测方法。

背景技术

随着轨道交通的发展，盾构隧道逐渐增多，盾构施工过程中也遇到了各种各样的问题，其中最大问题之一就是掘进过程中遇到孤石不良地层，掘进困难，沉降难以控制。我国部分城市如广州、深圳、东莞、珠海、厦门、福州等在地质勘查与盾构施工过程中发现地层中存在孤石。盾构正常掘进状态下，效率高、可控性好，一旦遭遇孤石，就会造成掘进困难、掘进姿态不可控、工期失控、地表不均匀沉降、施工成本增加等问题，如遇孤石强度大，容易卡住盾构刀盘、引起刀盘变形、刀具断裂。因此“发现孤石、处理孤石”目前已成为盾构法施工中亟待解决的难题。

在花岗岩地段中，孤石是比较常见的不良地质状态。在勘探过程中，采取地表调查、钻探、物探等不同方法对孤石分布特征进行分析。可对孤石的大小、形状、风化程度、分布特征进行探测。地面勘察可以预判孤石可能存在的区域，进而指导下一步物探和钻探工作区域位置的选取。钻探为直接使用钻机钻取地层样本，通过钻探能够分析孤石在垂直剖面上的分布规律与特征。钻探是工程中应用最直接、最有效的探查孤石手段。物探是根据物理现象对地质体或地质构造做出解释。在探测孤石地层中应用较多的方法为电法探测、地震勘探、综合物探法。这些方法施工工作量大、工期长，成本较高，由于钻孔间距的存在常常可能出现漏检。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于盾构掘进参数的不良地层预测方法，只利用PDV数据采集系统实时记录的盾构掘进参数即可准确判断盾构穿越地层中孤石直径大小，并以此判断盾构掘进的难以程度，操作简单，成本低，有效避免出现漏检时造成盾构刀具的剧烈损坏，确保盾构掘进安全。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：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)；

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；

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；