[发明专利]一种双护盾TBM盾体卡机预测方法及系统

说明书

本发明提出了一种双护盾TBM盾体卡机预测方法及系统，方法步骤如下：通过现场TBM上位机实时获取掘进参数；选取当前时刻的前n个掘进参数的单刀推力和推进速度；利用滑动平均窗口分别对n个单刀推力和推进速度求取滑动平均；利用双曲线正切函数求取实时特征指数，通过累积求和计算每一环累积特征指数；将累积特征指数与预存的报警警戒值进行比较，若累积特征指数大于报警警戒值，将该信息发送至TBM上位机进行报警；预警系统包括：数据获取单元、模型计算单元、预警显示单元和卡机报警模块。本发明通过利用掘进参数求取卡机指数，可以实现双护盾TBM卡机预测的实时报警，避免发生卡机事故带来巨大的人力、财力、物资损失。

技术领域

本发明涉及隧道掘进装备施工的技术领域，尤其涉及一种双护盾TBM盾体卡机预测方法及系统。

背景技术

双护盾TBM在软弱围岩和破碎带地层的卡机问题是制约双护盾TBM施工效率的关键因素。一旦发生卡机，会造成巨大的时间、物资成本的损失。如某引水项目双护盾TBM一次卡机导致近两周的设备停机，带来巨额损失。目前的研究多停留在发生卡机后，如何进行脱困，但是对如何进行卡机预警的工作研究较少，目前还未有相关方法或理论出现。如果能提前发出预警避免卡机的发生，相对于产生卡机后花费大量的时间、物资成本进行脱困，对施工来说更具有现实意义。

发明内容

针对双护盾TBM在软弱围岩和破碎带地层频繁卡机，会造成巨大的时间和物资成本损失的技术问题，本发明提出一种双护盾TBM盾体卡机预测方法及系统，基于对双护盾TBM掘进参数历史数据的挖掘，建立了卡机预警的数学模型，通过实时求取的报警指数对是否卡机进行预测，当报警指数大于安全设定值时，发出报警提醒现场操作人员采取应对措施，避免卡机，可以实现双护盾TBM卡机预测的实时报警，是一种用于隧道施工建设安全、高效的保障手段。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种双护盾TBM盾体卡机预测方法，其步骤如下：

步骤一：通过现场TBM上位机实时获取掘进参数，掘进参数包含单刀推力和推进速度；

步骤二：选取当前时刻的前n个掘进参数，单刀推力F₁，F₂，…，F_n，推进速度V₁，V₂，…，V_n，其中，F_n为当前时刻值的单刀推力，V_n为当前时刻值的推进速度；

步骤三：利用滑动平均窗口分别对n个单刀推力F＝[F₁，F₂，…，F_n]和推进速度V＝[V₁，V₂，…，V_n]求取滑动平均，得到滑动平均后的掘进参数数组F’＝[F₁’,F₂’…F_n’]和V’＝[V₁’,V₂’…V_n’]；

步骤四：利用双曲线正切函数求取实时特征指数M，通过累积求和计算每一环累积特征指数N；

步骤五：将累积特征指数N与预存的报警警戒值N_A进行比较，若累积特征指数N大于报警警戒值N_A，将该信息发送至TBM上位机进行报警。

所述滑动平均为左滑动平均、中心滑动平均或右滑动平均。

当滑动窗口大小为a时，单刀推力的中心滑动平均的运算方法为：

F₁’＝F₁；

F₂’＝(F₁+F₂+F₃)/a；