[發(fā)明專利]一種基于量綱分析的盾構(gòu)掘進總推力計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810033425.0
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108446418B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張茜;周思陽;亢一瀾;蔡宗熙;侯振德
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種基于量綱分析的盾構(gòu)掘進總推力計算方法，包括：確定影響掘進總推力的參數(shù)；計算主控項及無量綱化總推力大小；將計算得到的主控項及無量綱化總推力匯總列表；利用線性回歸方法，得到主控項的系數(shù)識別；根據(jù)主控項的系數(shù)識別結(jié)果，得到掘進總推力的計算模型。本發(fā)明對于地下裝備掘進過程中的總推力計算快速準(zhǔn)確。由于在滿足量綱一致性原則的基礎(chǔ)上，綜合考慮地質(zhì)環(huán)境、操作狀態(tài)、裝備結(jié)構(gòu)等核心因素的影響，因而計算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。并且能隨時根據(jù)地質(zhì)條件與掘進速度等的改變靈活調(diào)整總推力參數(shù)，為掘進機裝備動力系統(tǒng)的設(shè)計以及施工過程中推力參數(shù)的設(shè)定與實時調(diào)整提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)掘進總推力的計算方法。特別是涉及一種基于量綱分析的盾構(gòu)掘進總推力的計算方法。

背景技術(shù)

近些年來，隨著隧道及地下空間工程的快速發(fā)展，盾構(gòu)施工法憑借安全、快速、優(yōu)質(zhì)等特點得到廣泛應(yīng)用。盾構(gòu)的掘進總推力用于支持裝備向前推進，是盾構(gòu)裝備中重要的性能參數(shù)。一方面，根據(jù)隧道直徑、施工環(huán)境及掘進狀態(tài)給出的掘進總推力預(yù)測值可以為裝備正向設(shè)計提供指導(dǎo)，并為掘進過程中總推力的調(diào)控范圍提供依據(jù)；另一方面，推進系統(tǒng)提供的動力控制不當(dāng)可能導(dǎo)致重要機械部件損壞或地表塌陷等事故。

目前盾構(gòu)掘進總推力的計算方法主要圍繞盾構(gòu)各個部件的幾何構(gòu)型、受載狀態(tài)與本構(gòu)方程進行受力分析。為滿足理想的理論建模條件，預(yù)估過程中會存在假定與近似等問題。比如為確定盾殼所受摩擦阻力大小，在計算過程中需假定界面間的摩擦系數(shù)，為確定護盾與周圍地層的接觸壓力，理論建模會假定土壓力沿埋深呈線性變化，但由于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造以及隧道開挖對地層的擾動，裝備所受土壓力的分布形式并非沿埋深呈線性關(guān)系。而且對于土體這類復(fù)雜材料，由于其物理力學(xué)性質(zhì)深受土體成分、含水量、地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，目前土體本構(gòu)模型都只能模擬某種加載條件下某類土的主要特性，尚未有準(zhǔn)確的本構(gòu)關(guān)系來描述其在實際工程中受載的力學(xué)性質(zhì)。這些問題都將導(dǎo)致掘進總推力預(yù)估不準(zhǔn)確，總推力控制不當(dāng)會嚴(yán)重降低施工效率，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)卡盾、地層塌陷等事故。

近年來，基于數(shù)據(jù)的各類挖掘算法可為海量工程數(shù)據(jù)反演識別分析及建模提供有力的技術(shù)條件。然而，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)挖掘手段如決策樹、粒子群、遺傳算法等均屬于“輸入-輸出”的黑箱模型，無法解釋內(nèi)在因果關(guān)系。因此難以得到問題的共性解答，難以為盾構(gòu)掘進總推力建立普適性高的預(yù)測模型。

所以，建立一種準(zhǔn)確的、普適性高的盾構(gòu)掘進總推力預(yù)測方法，已成為本行業(yè)之急需。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，通過量綱分析以及統(tǒng)計工具，提供一種能夠提供隧道掘進裝備參數(shù)控制依據(jù)的盾構(gòu)掘進總推力的計算方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于量綱分析的盾構(gòu)掘進總推力計算方法，包括如下步驟：

1)確定影響掘進總推力的參數(shù)；

2)計算主控項及無量綱化總推力大小；

3)將計算得到的主控項及無量綱化總推力匯總列表；

4)利用線性回歸方法，得到主控項的系數(shù)識別；

5)根據(jù)主控項的系數(shù)識別結(jié)果，得到掘進總推力的計算模型。

步驟1)所述的影響掘進總推力的參數(shù)包括：F,單位:kN為掘進總推力；E,單位:kpa為土體彈性模量；γ,單位:kN/m³為土體容重；H,單位:m為隧道埋深；l,單位:m為盾構(gòu)長度；v,單位:m/s為掘進速度；K₀為靜止土壓力系數(shù)；p_e,單位:kpa為土艙壓力；D,單位:m為盾構(gòu)直徑；ω,單位:r/min為刀盤轉(zhuǎn)速。

步驟2)所述的主控項有3個：I₁、I₂、I₃，一個無量綱化總推力具體計算公式如下：