一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法及系统

摘要

本发明涉及盾构施工技术领域，提供一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法及系统，所述方法包括以下步骤：对待进行盾构掘进区间的地质剖面图进行分析，收集并处理相似复合地层的盾构掘进数据，得到复合地层的盾构掘进参数数据库；对盾构掘进区间的盾构掘进参数进行监测，采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选，得到正常的盾构掘进参数，对数据库进行补充；通过盾构不断开挖不断地为数据库提供新的数据，数据库得到补充更新；运用数据库中的盾构掘进参数得到T、F、T、F与复合比ξ的拟合关系式，通过拟合关系式，对待开挖的复合地层的盾构掘进参数设定提供指导。本发明的盾构掘进数据可以不断地更新，使得拟合公式不断更新优化，结果更加精确。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体而言，涉及一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法及系统。

背景技术

现阶段的盾构掘进参数的设定，主要是通过经验公式的计算。

但是针对复合地层的盾构掘进参数的设定，存在很大的难度，目前还没有准确的方法。

尤其是对于不同复合比的复合地层，盾构掘进参数的设定不能适应不断变化的复合比，盾构掘进精确性低。

并且，盾构掘进的盾构环厚度有1.5m和1.2m两种类型，无法统一地研究两种管片的盾构掘进参数。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于不同复合比的复合地层盾构掘进参数预测方法，通过引入每转切深h、刀盘扭矩的平均旋转力臂

本发明通过前期对地质剖面图的分析拆解，选择盾构掘进段的复合地层，对复合地层的复合比ξ进行计算，通过试掘进得到一定数量的盾构掘进参数，对单位推力和单位扭矩在复合比下进行拟合，最终得到推力和扭矩的拟合方程，后续的掘进可以参考复合比情况进行盾构掘进参数的设定。在掘进的过程中对地表变形情况进行监测，通过地表沉降情况反馈盾构掘进参数的设定是否正确，直到盾构掘进完成。

本发明提供一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，包括以下步骤：

S1、选择待进行盾构掘进施工的复合地层区间，对所述复合地层区间的纵向地质剖面图进行地层剖面分析；

S2、收集与所述复合地层区间相似的复合地层的盾构开挖掘进数据，并对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理，得到复合地层盾构掘进参数数据库；

具体地，所述盾构开挖掘进数据经过二次处理后用于后续分析；

所述对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理的方法包括：

选取盾构掘进参数中的推力T、扭矩T、每转切深h、刀盘扭矩的平均旋转力臂

单位推力

S3、对完成地层剖面分析的纵向地质剖面图划分复合地层部分，并对复合地层部分的复合比ξ进行求解；

S4、进行盾构掘进，并对盾构掘进参数包括推力和扭矩进行监测，在监测所述盾构掘进参数的同时，采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选，得到正常的盾构掘进参数，对复合地层盾构掘进参数数据库进行补充；

S5、将所述正常的盾构掘进参数进行统计、处理，计算得到单位推力

S6、通过所述推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式指导盾构掘进参数的设置，将前期通过对复合地层划分得到的复合地层的复合比ξ带入推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式中计算得到推力T和扭矩F的设置建议值，用于指导后续的盾构掘进参数的设定；

S7、重复S4-S6步骤，确定不同复合比下的最佳盾构掘进参数，直至盾构掘进结束。

进一步地，所述S3步骤的所述对复合地层部分的复合比ξ进行求解的方法包括：

将复合地层中的复合比ξ定义为开挖面包含两种土层，其中上层土层面积占开挖面的面积比；以上层土层为黏土为例：

式(1)中：θ为黏土层对应的圆心角，

进一步地，所述S4步骤的所述采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选包括：

对地表变形进行监测，得到地表变形的数据值；对地表变形的监测结果进行分析，将地表变形与变形控制标准值对比，判断地表变形是否超标。

进一步地，所述判断地表变形是否超标之后的处理方法包括：

如地表变形超标，则对盾构掘进的推力和扭矩进行进一步的监测分析，分析地表变形超标的原因，所得的盾构掘进数据认定为异常盾构掘进数据，不再进入数据库；

如地表变形不超标，则认定为正常的盾构掘进数据，将进入数据库中进行保存。

进一步地，所述S5步骤的建立单位推力

进一步地，所述S7步骤之后还包括：

整理所有正常的盾构掘进参数，添加至复合地层盾构掘进参数数据库，形成新的复合地层盾构掘进参数数据库；

通过盾构的不断开挖不断地为所述复合地层盾构掘进参数数据库提供新的数据，使复合地层盾构掘进参数数据库得到补充更新。

本发明还提供一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测装置，执行如上述所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，包括：

地层剖面分析模块：用于选择待进行盾构掘进施工的复合地层区间，对所述复合地层区间的纵向地质剖面图进行地层剖面分析；

收集盾构开挖掘进数据模块：用于收集与所述复合地层区间相似的复合地层的盾构开挖掘进数据，并对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理，得到复合地层盾构掘进参数数据库；

求解复合比模块：用于对完成地层剖面分析的纵向地质剖面图划分复合地层部分，并对复合地层部分的复合比ξ进行求解；

正常盾构掘进参数筛选模块：用于在进行盾构掘进中对盾构掘进参数包括推力和扭矩进行监测，在监测所述盾构掘进参数的同时，采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选，得到正常的盾构掘进参数，对复合地层盾构掘进参数数据库进行补充；

建立拟合公式模块：用于将所述正常的盾构掘进参数进行统计、处理，计算得到单位推力

指导盾构掘进参数设置模块：通过所述推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式指导盾构掘进参数的设置，将前期通过对复合地层划分得到的复合地层的复合比ξ带入推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式中计算得到推力T和扭矩F的设置建议值，用于指导后续的盾构掘进参数的设定；

最佳盾构掘进参数计算模块：重复S4-S6步骤，确定不同复合比下的最佳盾构掘进参数，直至盾构掘进结束；

更新复合地层盾构掘进参数数据库模块：用于整理所有正常的盾构掘进参数，添加至复合地层盾构掘进参数数据库，形成新的复合地层盾构掘进参数数据库。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法的步骤。

本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的盾构掘进数据可以不断地更新，使得盾构掘进参数的拟合公式不断更新优化，参数预测结果更加精确。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法的流程图；

图2为本发明实施例计算机设备的构成示意图；

图3为本发明实施例黏土占开挖面的面积比示意图；

图4、5为本发明实施例的推力拟合公式的曲线示意图；

图6、7为本发明实施例的扭矩拟合公式的曲线示意图；

图8为本发明实施例的盾构掘进参数预测过程的流程示意图；

图9为本发明实施例的砂黏复合地层的地质剖面图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。

本发明实施例主要针对两种地层组成的复合地层，上层是黏土，下层是砂土的这种砂黏复合地层，构建基于不同复合比的复合地层盾构掘进参数预测方法，用于盾构掘进参数的设定。

本发明实施例提供一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，参见图1所示，包括如下步骤：

S1、选择待进行盾构掘进施工的复合地层区间，对所述复合地层区间的纵向地质剖面图进行地层剖面分析；参见图9所示为本实施例待施工的地质剖面图；

S2、收集与所述复合地层区间相似的复合地层的盾构开挖掘进数据，并对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理，得到复合地层盾构掘进参数数据库；

在本实施例中，收集和处理大量相似砂黏复合地层的盾构掘进参数，用于分析盾构掘进；

具体地，所述盾构开挖掘进数据经过二次处理后用于后续分析；

所述对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理的方法包括：

选取盾构掘进参数中的推力T、扭矩T、每转切深h、刀盘扭矩的平均旋转力臂

单位推力

S3、对完成地层剖面分析的纵向地质剖面图划分复合地层部分，并对复合地层部分的复合比ξ进行求解；

所述对复合地层部分的复合比ξ进行求解的方法包括：

将复合地层中的复合比ξ定义为开挖面包含两种土层，参见图3所示，其中上层土层面积(本实施例中上层土层为黏土)占开挖面的面积比：

式(1)中：θ为黏土层对应的圆心角，

本实施例中，计算472环至532环的复合比为70％；

S4、进行盾构掘进，并对盾构掘进参数包括推力和扭矩进行监测，在监测所述盾构掘进参数的同时，采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选，得到正常的盾构掘进参数，对复合地层盾构掘进参数数据库进行补充；

本实施例中，参见图9所示，选取472环至532环进行盾构掘进参数的监测和预测；

具体地，所述地表变形包括地表沉降；

所述采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选包括：

对地表变形进行监测，得到地表变形的数据值；对地表变形的监测结果进行分析，将地表变形与变形控制标准值对比，判断地表变形是否超标；

如地表变形超标，则对盾构掘进的推力和扭矩进行进一步的监测分析，分析地表变形超标的原因，所得的盾构掘进数据认定为异常盾构掘进数据，不再进入数据库；

如地表变形不超标，则认定为正常的盾构掘进数据，将进入数据库中进行保存；

S5、将所述正常的盾构掘进参数进行统计、处理，计算得到单位推力

所述建立单位推力

本实施例中，参见图4、5所示，推力的拟合公式中系数a分别为16768、1559.3，b分别为-1.023、-0.974；R

图4对应的拟合公式

F＝16768ξ

图5对应的拟合公式

F＝1559.3ξ

参见图6、7所示，扭矩的拟合公式中系数a分别为103.88、30.399，b分别为-0.529、-0.486；

图6对应的拟合公式

图7对应的拟合公式

S6、通过所述推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式指导盾构掘进参数的设置，将前期通过对复合地层划分得到的复合地层的复合比ξ带入推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式中计算得到推力T和扭矩F的设置建议值，用于指导后续的盾构掘进参数的设定；

S7、重复S4-S6步骤，确定不同复合比下的最佳盾构掘进参数，直至盾构掘进结束。

整理所有正常的盾构掘进参数，添加至复合地层盾构掘进参数数据库，形成新的复合地层盾构掘进参数数据库；

通过盾构的不断开挖不断地为所述复合地层盾构掘进参数数据库提供新的数据，使复合地层盾构掘进参数数据库得到补充更新。

图8为本实施例的盾构掘进参数预测过程的流程示意图。

本发明实施例还提供一种不同复合比复合地层盾构掘进参数预测装置，执行如上述所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，包括：

地层剖面分析模块：用于选择待进行盾构掘进施工的复合地层区间，对所述复合地层区间的纵向地质剖面图进行地层剖面分析；

收集盾构开挖掘进数据模块：用于收集与所述复合地层区间相似的复合地层的盾构开挖掘进数据，并对所述盾构开挖掘进数据进行二次处理，得到复合地层盾构掘进参数数据库；

求解复合比模块：用于对完成地层剖面分析的纵向地质剖面图划分复合地层部分，并对复合地层部分的复合比ξ进行求解；

正常盾构掘进参数筛选模块：用于在进行盾构掘进中对盾构掘进参数包括推力和扭矩进行监测，在监测所述盾构掘进参数的同时，采用地表监测的方法对盾构掘进参数进行筛选，得到正常的盾构掘进参数，对复合地层盾构掘进参数数据库进行补充；

建立拟合公式模块：用于将所述正常的盾构掘进参数进行统计、处理，计算得到单位推力

指导盾构掘进参数设置模块：通过所述推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式指导盾构掘进参数的设置，将前期通过对复合地层划分得到的复合地层的复合比ξ带入推力T、扭矩F和复合比ξ的拟合公式中计算得到推力T和扭矩F的设置建议值，用于指导后续的盾构掘进参数的设定；

最佳盾构掘进参数计算模块：重复S4-S6步骤，确定不同复合比下的最佳盾构掘进参数，直至盾构掘进结束；

更新复合地层盾构掘进参数数据库模块：用于整理所有正常的盾构掘进参数，添加至复合地层盾构掘进参数数据库，形成新的复合地层盾构掘进参数数据库。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，图2是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；参见附图图2所示，该计算机设备包括：输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21；所述存储器22，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法；其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。

存储器22作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法对应的程序指令；存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置24可包括显示屏等显示设备。

处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法。

上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，具备相应的功能和有益效果。

本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDR RAM、SRAM、EDO RAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法，还可以执行本发明任意实施例所提供的不同复合比复合地层盾构掘进参数预测方法中的相关操作。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。