[發明專利]基于統計分析與XGboost結合的盾構糾偏方法

有效

• 申請號: 201810583493.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108868805B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 孔憲光;王佩;郭澤坤;胡磊;宮思藝;常建濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: E21D9/093
• 分類號: E21D9/093;E21D9/087
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 陳宏社;王品華<國際申請>=<國際公布>

本發明提出了一種基于統計分析與XGboost結合的盾構糾偏方法，用于解決現有技術中存在的糾偏精度較低的技術問題，實現步驟為：獲取盾構參數數據包；獲取訓練集數據和測試集數據；獲取基于XGboost的盾構姿態參數回歸模型；獲取多組掘進樣本數據；對盾構機姿態進行糾偏。通過統計分析，將姿態參數值劃分為多個區間，并且對每個區間掘進數據通過XGboost所建立的回歸模型進行計算，得到每組包含多條盾構數據的多組數據，使得每個區間給出一組盾構參考數據，給多環糾偏時參數設置提供依據，通過基于XGboost所擬合的回歸模型，有效提高了所給出的盾構參考數據的準確性，進而提高了掘進糾偏的準確度。

技術領域

本發明屬于隧道掘進機械裝備技術方法領域，涉及對于盾構掘進過程中盾構軸線姿態發生偏差時的糾偏方法。

背景技術

盾構法是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法。它是將盾構機在地層中按照設計的線路進行推進，通過盾構外殼和管片支承四周圍巖防止發生往隧道內的坍塌。同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖，通過出土機械運出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進，并拼裝預制混凝土管片，形成隧道結構的一種機械化施工方法。

在盾構施工過程中，由于地下施工環境是很復雜的，特別是地質情況，影響盾構姿態的因素非常多。如果盾構姿態發生變化，掘進軸線就會與原設計軸線發生偏差，也就是說掘進方向就會發生偏離。當發生偏離時，則必須及時將軸線糾正回原設計軸線方向，如若不能夠及時糾正，盾構掘進就會嚴重偏離設計路線，將會導致誤工以及嚴重的經濟損失，而糾偏過程又是及其復雜的，需要考慮的因素特別多。

掘進過程中盾構姿態測量系統實時監控盾構姿態參數，并且每掘進一環都要對盾尾間隙進行測量。當盾構軸線姿態參數大于所設定的糾偏閾值時則必須進行糾偏。糾偏首先需要確定各種參數組合的糾偏方案，并且根據此時的盾尾間隙以及安全盾尾間距確定分幾環進行糾偏，確定掘進參數跟注漿參數，進而再下幾環進行掘進糾偏。如果盾構姿態參數沒有高于閾值，此時掘進參數、注漿參數正常設置，繼續盾構掘進即可。目前盾構機的糾偏主要是由操作人員根據測量的結果采用手工方式設置進行糾偏操作。這種方法往往較為依賴經驗且糾偏準確度不夠高，因此對盾構施工軸線糾偏方法的研究是極其有必要的。

目前盾構糾偏方法的主要思想是通過建立數學模型模擬軸線糾偏，然后通過經驗公式來計算相關盾構姿態參數，再通過與設計軸線比較進行糾偏設置。這種方法較為依賴人工經驗，導致糾偏精度較低，為了避免糾偏精度過分依賴人工糾偏經驗的缺陷，現有技術提出了一種通過對盾構機定位并且通過與預定軌跡比較，再將信號傳送給驅動機構進行糾偏的方法，例如申請公布號為CN105736007 A, 名稱為“融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統及方法”的專利申請，公開了一種融合地層信息的盾構機糾偏方法，通過將慣性導航系統發出的信號經數據運算轉化為盾構機X、Y、Z三個方向的姿態角、位移量和軸向位置，再通過姿態角和軸向位置，對盾構機進行實時定位，將實時定位與預定軌跡比較，通過控制器發出信號驅動中折機構運動，使盾構機按照預定軌跡掘進，進而實現糾偏。該方法可以與傳統的方法相比，不再依賴人工糾偏經驗，在一定程度上提高了糾偏精度。但是其存在的不足之處是：1、該方法是通過對信號進行計算轉換為X、Y、Z姿態角及位移量，再通過姿態角跟位移量對盾構機進行定位，定位之后再與預定軌跡對比獲取偏差量進行糾偏，偏差量不能直接獲取，使得所確定的糾偏量精度不夠高；2、該方法并未考慮在糾偏過程中需要確保一定量的安全盾尾間隙問題，僅適用于小范圍偏差(當掘進糾偏時，每一環中所取的糾偏量使得盾構機發生扭轉至盾尾間隙為0，以此時的偏離量作為臨界值，大范圍偏差即大于該偏離量的偏差，小范圍偏差即小于該偏離量的偏差)。

發明內容