[發明專利]應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法

有效

• 申請號: 201710366565.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107180016B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 李彤;韓愛民;景鳳;蘇明;尹志清;羅興元;張志奇;金立忠;王建軍;彭國峰;劉雪珠;王才勇
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;E21D9/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 陳卓

本發明涉及應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法，屬地下隧道工程施工技術領域。為定量預測盾構機掘進復合地層時不同刀位的滾刀磨損量，以滾刀磨損的逐刀量測及相應的破巖體積的分層統計為基礎，將位置各異的滾刀磨損比耗指數SWI(單位破巖體積對應的滾刀磨損增加量)按地層分類統計，得到適用于均質地層的SWI預測方程。SWI同時考慮磨損量與滾刀安裝位置、掘進距離的關系，物理意義明確，SWI預測方程預測精度高。根據SWI預測方程系數與巖性的相關性，提出了應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法。本發明基于工程勘察資料，方法合理，步驟明確，有利于科學編制預算、合理安排換刀時機、提高盾構掘進效率，具有重要的理論意義與實用價值。

技術領域

本發明涉及應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法，屬于地下隧道工程的施工技術領域。

背景技術

盾構掘進高強度復合地層，工程面臨的最大風險是掘進速率緩慢或掘進困難，且刀具磨損嚴重。刀具磨損已經成為一個影響工程進度及成本的關鍵問題。刀具的完善性及刀具的磨損狀態判斷是盾構掘進中的關鍵因素，如何準確地定量預測滾刀的磨損量并判斷磨損狀態，對盾構高效掘進至關重要。準確預測盤形滾刀磨損量，對提高盾構施工效益有重要意義。目前國內外滾刀磨損預測方法可歸為兩大技術路徑：力學分析法及經驗預測法。力學模型中的關鍵系數受試驗條件及巖體性質影響顯著，在復合地層滾刀磨損預測應用中存在局限。經驗預測法，對地層分布在滾刀軌跡、掘進方向上的區分不足，影響其在巖層分布多變的復合地層中的適用性。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法。

本發明是應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法，它包括以下步驟：

步驟一：統計由盾構機自動記錄的盾構掘進每環的掘進參數平均值；

步驟二：進行滾刀刀圈的磨損量量測，分別記錄在每次開倉檢查或換刀時的各滾刀磨損增加量δ^Ω_i-l-j，滾刀破巖地層為復合地層時記為δ^Δ_i-l-j；

步驟三：計算并記錄下掘進過程中不同滾刀掘進每一環中各地層的破巖體積；

步驟四：計算磨損比耗指數SWI(specific wear index)；

步驟五：將位置各異的滾刀的磨損增加量δ^Ω_i-l-j按掘進地層重新分類統計，作為回歸分析樣本，將同種地層中的SWI所對應的掘進參數集合、SWI所對應的掘進參數的若干次冪作為元素集，進行元素集間笛卡爾乘積運算，得到屬于同種地層SWI的單項變量及二元復合變量集合，作為多元回歸分析的自變量集；

步驟六：對滾刀掘進各種均質地層的SWI樣本及相應自變量集元素進行多元逐步線性回歸運算，得到分別獨立屬于各種均質地層的SWI與掘進參數間的高階多項式函數關系，按照共性提升原則，將屬于不同均質地層的SWI與掘進參數間的高階多項式函數關系中相同的自變量抽出來，將它們線性組合，作為預測均質地層滾刀SWI的通式，即SWI預測方程；

步驟七：計算屬于不同地層的SWI預測方程諸系數的離均差率MDR_a、MDR_b、MDR_c、MDR_k；

步驟八：根據勘察報告，了解掘進地層的分布情況；如果掘進地層是復合地層，也就是說掌子面由若干個地層組合而成，就根據地層參數，從而確定了掌子面里面每一個地層的BQ值或[BQ]值；