[发明专利]一种基于土压平衡盾构机参数数据驱动反演地质的方法

说明书

本发明公开了一种基于土压平衡盾构机参数数据驱动反演地质的方法，包括以下步骤：提取土压平衡盾构机的历史运行数据集data，从历史运行数据集data中提取正常掘进段的数据data1，并剔除异常值；分别对数据data1中不同地质条件下的数据添加对应的标签，筛选设备运行参数变量，构建新的数据集data2；对数据集data2进行归一化处理，形成数据集data3；将数据集data3随机划分为训练集和测试集，在训练集上学习随机森林模型，并在测试集上进行验证，确定模型超参数；提取土压平衡盾构机的实时正常掘进段数据，根据学习的随机森林模型的输入参数筛选数据，代入学习的随机森林模型，计算地质条件信息。本发明具有如下有益效果：准确度高、计算复杂度低，效率较快，为土压平衡盾构机施工的辅助掘进提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是涉及一种基于土压平衡盾构机参数数据驱动反演 地质的方法。

背景技术

土压平衡盾构的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推 进。土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下 水或流砂的入侵。土压平衡盾构有着很多的优点，比如安全开挖和衬砌，掘进速度快；不影 响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、 风雨等气候影响，施工中没有噪音和扰动。

但是土压平衡盾构机在施工过程中，会碰到断面尺寸多变、地质条件变化的问题，如果 不能对地质条件进行预测，则会对施工效率有很大的影响，且会影响施工工程的安全性与可 靠性，增加了施工风险，影响工程施工的工期。

发明内容

本发明为了克服现有技术中地质条件变化，降低施工效率，影响施工工程安全性与可靠 性，增加施工风险的问题，提出了种基于土压平衡盾构机参数数据驱动反演地质的方法，可 以从施工历史数据中得出参考模型，根据当前土压平衡盾构机的运行数据，预测地质条件， 为后续施工提供有效的技术支撑。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于土压平衡盾构机参数数据驱动反演地质的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1-1)提取土压平衡盾构机的历史运行数据集data，从历史运行数据集data中提取正 常掘进段的数据data1，并剔除异常值；

(1-2)分别对数据data1中不同地质条件下的数据添加对应的标签，筛选设备运行参数 变量，构建新的数据集data2；

(1-3)对数据集data2进行归一化处理，形成数据集data3；

(1-4)将数据集data3随机划分为训练集和测试集，在训练集上学习随机森林模型，并 在测试集上进行验证，确定模型超参数；

(1-5)提取土压平衡盾构机的实时正常掘进段数据，根据学习的随机森林模型的输入参 数筛选数据，代入学习的随机森林模型，计算地质条件信息。

作为优选，步骤(1-5)包括以下步骤：

(2-1)提取土压平衡盾构机的实时运行参数；

(2-2)判断是否为正常掘进段数据，若是正常掘进段数据，则根据学习的随机森林模型 的输入参数筛选数据；若不是正常掘进段数据，则丢弃该数据；

(2-3)将筛选的数据代入学习的模型，计算地质条件信息。

作为优选，设备运行参数变量包括刀盘扭矩、总推进力、推进速度和贯入度。

作为优选，所述正常掘进段数据包括主动参数、被动参数、施工环号和采样时刻。

作为步骤(2-2)的替换，将随机森林模型替换为k-means模型，根据k-means模型的输 入参数筛选数据。