[发明专利]基于盾构掘进参数的不良地层预测方法

摘要

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。

主权项

1.一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)；其中：W_t表示扭矩能，W_n表示推力能，δt为时间元素，R为掘进体积的半径；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；L(v_n)＝αv_n‑1+(1‑α)v_n，其中：α是指数滤波系数；其中：v_n表示盾构当前的推进速度，v_n‑1表示盾构上一时刻的推进速度，L(v_n)为当前推进速度的逻辑函数，C为常数,K_p为考虑孤石地层引起土仓压力变化系数；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SM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SM持续大于1.5时，说明地层中存在孤石，需对孤石进行处理或破碎。