[发明专利]一种基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法

权利要求书

1.一种基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在掘进开始前，对滚刀进行编号，并记录滚刀初始位置相位角和初始位置；

步骤2：记录滚刀在掘进过程中所受垂直力；

步骤3：将刀盘旋转一周的所有滚刀受力数据作为一个完整的数据集，绘制掌子面垂直力云图，实现云图的可视化；

步骤4：根据步骤3的云图分析掌子面各位置受力情况，判断是否出现异常地质；

步骤5：根据滚刀受力突变位置，确定异常地质范围。

2.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤1中，以刀盘中心为圆心，按照半径由小到大将每把滚刀进行编号。

3.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤1中，滚刀初始位置相位角记为θ，刀盘上第i把滚刀的初始位置记为：(R_i,θ_i)。

4.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤2中，在刀盘旋转一周的过程中，依据刀盘的旋转速度ω，计算出掘进后任意时刻t，第i把滚刀的实际位置：(R_i,θ_i+ωt)。

5.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤3中，绘制掌子面垂直力云图具体方法为：以转动过程中滚刀实际位置为坐标，将相对应的垂直力标记在该坐标点上，开发相应软件，绘制掌子面垂直力云图。

6.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤4中，异常地质包括孤石、空洞、上软下硬地层和岩溶地层中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述异常地质识别方法为：云图中垂直力显著高于其它区域的为孤石；云图中垂直力显著低于其它区域或载荷为0的区域为空洞；云图中上方垂直力显著高于下方垂直力，且存在明显界线的为上软下硬地层；云图中出现的载荷增大区域呈长条状为岩溶地层。

8.根据权利要求1所述的基于滚刀受力监测的隧道掌子面异常地质及其范围的识别方法，其特征在于，所述步骤5中，确定异常地质范围的方法为：将云图中突变位置相连，所围区域即为异常地质范围。