[發(fā)明專利]一種雙護(hù)盾TBM盾體卡機(jī)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711104872.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107893664B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 荊留杰;李鵬宇;徐受天;楊晨;陳帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): E21D9/087
• 分類號(hào): E21D9/087
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

本發(fā)明提出了一種雙護(hù)盾TBM盾體卡機(jī)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，方法步驟如下：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)TBM上位機(jī)實(shí)時(shí)獲取掘進(jìn)參數(shù)；選取當(dāng)前時(shí)刻的前n個(gè)掘進(jìn)參數(shù)的單刀推力和推進(jìn)速度；利用滑動(dòng)平均窗口分別對(duì)n個(gè)單刀推力和推進(jìn)速度求取滑動(dòng)平均；利用雙曲線正切函數(shù)求取實(shí)時(shí)特征指數(shù)，通過(guò)累積求和計(jì)算每一環(huán)累積特征指數(shù)；將累積特征指數(shù)與預(yù)存的報(bào)警警戒值進(jìn)行比較，若累積特征指數(shù)大于報(bào)警警戒值，將該信息發(fā)送至TBM上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警；預(yù)警系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)獲取單元、模型計(jì)算單元、預(yù)警顯示單元和卡機(jī)報(bào)警模塊。本發(fā)明通過(guò)利用掘進(jìn)參數(shù)求取卡機(jī)指數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)雙護(hù)盾TBM卡機(jī)預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)報(bào)警，避免發(fā)生卡機(jī)事故帶來(lái)巨大的人力、財(cái)力、物資損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)裝備施工的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙護(hù)盾TBM盾體卡機(jī)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

雙護(hù)盾TBM在軟弱圍巖和破碎帶地層的卡機(jī)問(wèn)題是制約雙護(hù)盾TBM施工效率的關(guān)鍵因素。一旦發(fā)生卡機(jī)，會(huì)造成巨大的時(shí)間、物資成本的損失。如某引水項(xiàng)目雙護(hù)盾TBM一次卡機(jī)導(dǎo)致近兩周的設(shè)備停機(jī)，帶來(lái)巨額損失。目前的研究多停留在發(fā)生卡機(jī)后，如何進(jìn)行脫困，但是對(duì)如何進(jìn)行卡機(jī)預(yù)警的工作研究較少，目前還未有相關(guān)方法或理論出現(xiàn)。如果能提前發(fā)出預(yù)警避免卡機(jī)的發(fā)生，相對(duì)于產(chǎn)生卡機(jī)后花費(fèi)大量的時(shí)間、物資成本進(jìn)行脫困，對(duì)施工來(lái)說(shuō)更具有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)雙護(hù)盾TBM在軟弱圍巖和破碎帶地層頻繁卡機(jī)，會(huì)造成巨大的時(shí)間和物資成本損失的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種雙護(hù)盾TBM盾體卡機(jī)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，基于對(duì)雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的挖掘，建立了卡機(jī)預(yù)警的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)實(shí)時(shí)求取的報(bào)警指數(shù)對(duì)是否卡機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)報(bào)警指數(shù)大于安全設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員采取應(yīng)對(duì)措施，避免卡機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)雙護(hù)盾TBM卡機(jī)預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)報(bào)警，是一種用于隧道施工建設(shè)安全、高效的保障手段。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種雙護(hù)盾TBM盾體卡機(jī)預(yù)測(cè)方法，其步驟如下：

步驟一：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)TBM上位機(jī)實(shí)時(shí)獲取掘進(jìn)參數(shù)，掘進(jìn)參數(shù)包含單刀推力和推進(jìn)速度；

步驟二：選取當(dāng)前時(shí)刻的前n個(gè)掘進(jìn)參數(shù)，單刀推力F₁，F(xiàn)₂，…，F(xiàn)_n，推進(jìn)速度V₁，V₂，…，V_n，其中，F(xiàn)_n為當(dāng)前時(shí)刻值的單刀推力，V_n為當(dāng)前時(shí)刻值的推進(jìn)速度；

步驟三：利用滑動(dòng)平均窗口分別對(duì)n個(gè)單刀推力F＝[F₁，F(xiàn)₂，…，F(xiàn)_n]和推進(jìn)速度V＝[V₁，V₂，…，V_n]求取滑動(dòng)平均，得到滑動(dòng)平均后的掘進(jìn)參數(shù)數(shù)組F’＝[F₁’,F₂’…F_n’]和V’＝[V₁’,V₂’…V_n’]；

步驟四：利用雙曲線正切函數(shù)求取實(shí)時(shí)特征指數(shù)M，通過(guò)累積求和計(jì)算每一環(huán)累積特征指數(shù)N；

步驟五：將累積特征指數(shù)N與預(yù)存的報(bào)警警戒值N_A進(jìn)行比較，若累積特征指數(shù)N大于報(bào)警警戒值N_A，將該信息發(fā)送至TBM上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

所述滑動(dòng)平均為左滑動(dòng)平均、中心滑動(dòng)平均或右滑動(dòng)平均。

當(dāng)滑動(dòng)窗口大小為a時(shí)，單刀推力的中心滑動(dòng)平均的運(yùn)算方法為：

F₁’＝F₁；

F₂’＝(F₁+F₂+F₃)/a；