[发明专利]一种敞开式TBM穿越不良地质刀盘卡机预测方法及系统

说明书

本发明提供了一种敞开式TBM穿越不良地质刀盘卡机预测方法及系统，建立TBM刀盘卡机力学模型；基于所述卡机力学模型，分析发生刀盘卡机时，刀盘受到摩擦力矩，建立TBM刀盘卡机从定性到定量的表达；根据TBM卡机力学表达式，分析TBM刀盘卡机的机理，获得影响TBM卡机的主控地质参数的关系映射；确定地球物理法以及超前钻探获得的探测结果与主控地质参数的关系，基于现场实际刀盘卡机案例，根据当时获得的探测结果训练神经网络模型；获取实际探测结果，将探测结果加入到训练好的神经网络模型中，得到TBM刀盘卡机的概率，本发明能够提前感知前方隧道施工卡机的概率，为TBM隧道修建提供保障，减少TBM刀盘卡机的次数，保证TBM安全、高效地施工。

技术领域

本发明属于地质探测技术领域，具体涉及一种敞开式TBM穿越不良地质刀盘卡机预测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

我国已是世界上隧道(洞)修建规模和难度最大的国家，在水利水电和交通工程等领域正在或即将建设一批具有“埋深大、洞线长、地质复杂、地形险峻、灾害频发”等显著特点的深长隧道。与钻爆方法相比，TBM施工具有“掘进速度快、成洞质量高、综合经济效益高、施工安全文明”等显著优势。然而，TBM施工对不良地质的适应性较差，一旦遭遇断层破碎带、软弱地层、岩溶等不良地质，时常出现塌方、突水突泥等灾害，极易导致TBM异常损毁和卡机事故，进而造成工期延误、经济损失甚至人员伤亡等严重问题，TBM卡机已经成为隧道施工过程中的一项重大施工难题。

目前现有的技术主要针对TBM护盾卡机提出相应的预测方法和发明相关的检测系统，未对TBM刀盘卡机提出相应的预测方法，在TBM刀盘卡机方面存在技术空白。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种敞开式TBM穿越不良地质刀盘卡机预测方法及系统，本发明能够提前感知前方隧道施工卡机的概率，为TBM隧道修建提供保障，减少TBM刀盘卡机的次数，保证TBM安全、高效地施工。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种敞开式TBM穿越不良地质刀盘卡机预测方法，包括以下步骤：

A、建立TBM刀盘卡机力学模型；

B、基于所述卡机力学模型，分析发生刀盘卡机时，刀盘受到摩擦力矩，建立TBM刀盘卡机从定性到定量的表达；

C、根据TBM卡机力学表达式，分析TBM刀盘卡机的机理，获得影响TBM卡机的主控地质参数的关系映射；

D、确定地球物理法以及超前钻探获得的探测结果与主控地质参数的关系，基于现场实际刀盘卡机案例，根据当时获得的探测结果训练神经网络模型；

E、获取实际探测结果，将探测结果加入到训练好的神经网络模型中，得到TBM刀盘卡机的概率。

作为可选择的实施方式，所述步骤B中，TBM刀盘卡机的定量表达式如下：

摩擦扭矩T＝T₁+T₂+T₃(1)

其中，T₁为刀盘表面坍塌体主动应力产生的摩擦扭矩：

T₂为刀盘侧面坍塌体主动应力产生的摩擦扭矩：

T₃为刀盘顶面坍塌体重力产生的摩擦扭矩：

T₃＝∫μ₂γ(h+R-Rsinα)R²bdα (4)