[發(fā)明專利]一種盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910583926.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN110185463B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王佩;孔憲光;胡磊;常建濤;劉堯;郭澤坤;劉德坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/093
• 分類號(hào): E21D9/093;E21D9/08
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發(fā)明提出了一種盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制精度較低的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)步驟為：獲取盾構(gòu)數(shù)據(jù)包；獲取b個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包；對(duì)每個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包進(jìn)行遞歸特征消除；對(duì)每個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)深度特征數(shù)據(jù)包進(jìn)行離散化；獲取盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)分析結(jié)果；對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行控制。本發(fā)明首先通過(guò)施工參數(shù)與盾構(gòu)軸線偏差之間的相關(guān)性分析和冗余施工參數(shù)的遞歸特征消除，保證了分析結(jié)果的客觀性；其次深度挖掘施工參數(shù)與盾構(gòu)軸線偏差之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，提取數(shù)據(jù)的隱含規(guī)律，可以提高盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制的控制精度,可應(yīng)用于盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制方法，可用于盾構(gòu)姿態(tài)控制。

背景技術(shù)

盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，它通過(guò)盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時(shí)在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過(guò)出土機(jī)械將開挖土體運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部施加推力頂進(jìn)，并在盾尾拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。盾構(gòu)隧道施工是一項(xiàng)綜合性的施工技術(shù)，盾構(gòu)施工過(guò)程是一個(gè)隨時(shí)間和空間不斷演化的復(fù)雜系統(tǒng)，由于盾構(gòu)機(jī)的復(fù)雜控制原理，盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境的相互作用，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)方向多變，盾構(gòu)姿態(tài)難以掌控。因此盾構(gòu)姿態(tài)控制具有重要意義。

在現(xiàn)階段研究中，主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)選取施工參數(shù)，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立模型，通過(guò)控制模型輸入實(shí)現(xiàn)施工參數(shù)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的影響分析，能夠得到施工參數(shù)對(duì)軸線偏差的影響關(guān)系，但誤差較大，分析結(jié)果控制精度較低。例如，張愛(ài)軍于2018年在《鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)》的第15卷第11期上發(fā)表的“上軟下硬地層盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)施工參數(shù)模糊控制研究”中公開了一種盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制方法，針對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)工程中地質(zhì)條件復(fù)雜，影響盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的因素較多，盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制難度較大的特點(diǎn)，選取盾構(gòu)施工參數(shù)與地質(zhì)資料為自變量，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)控制變量法對(duì)掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩等施工參數(shù)對(duì)軸線偏差的影響進(jìn)行研究，得出盾構(gòu)施工參數(shù)對(duì)姿態(tài)控制的影響及其規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制。

該方法能夠基本模擬施工參數(shù)對(duì)盾構(gòu)隧道軸線偏差的影響，能夠在已知地質(zhì)資料和盾構(gòu)施工參數(shù)的基礎(chǔ)上，估算盾構(gòu)軸線偏差量的大小，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制。但不足之處在于根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，人為選取的施工參數(shù)會(huì)帶來(lái)誤差，且通過(guò)控制變量法來(lái)控制模型輸入得到的施工參數(shù)對(duì)姿態(tài)控制的規(guī)律泛化能力較弱，分析結(jié)果控制精度較低，限制了在實(shí)際工程的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制精度較低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)獲取盾構(gòu)數(shù)據(jù)包：

(1a)盾構(gòu)機(jī)采集包括刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩在內(nèi)的a個(gè)施工參數(shù)和包括切口水平偏差、切口垂直偏差在內(nèi)的b個(gè)盾構(gòu)軸線偏差的盾構(gòu)歷史數(shù)據(jù)，a＞b＞0，并以中位數(shù)對(duì)每個(gè)施工參數(shù)和每個(gè)盾構(gòu)軸線偏差中的缺失值進(jìn)行填充，得到完整的盾構(gòu)歷史數(shù)據(jù)；

(1b)剔除完整盾構(gòu)歷史數(shù)據(jù)中每個(gè)施工參數(shù)和每個(gè)盾構(gòu)軸線偏差中的異常值，并對(duì)剔除異常值后的每個(gè)施工參數(shù)和每個(gè)盾構(gòu)軸線偏差進(jìn)行歸一化，得到盾構(gòu)數(shù)據(jù)包；

(2)獲取b個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包：

設(shè)置閾值z(mì)，并根據(jù)相關(guān)性計(jì)算公式，計(jì)算盾構(gòu)數(shù)據(jù)包中每個(gè)施工參數(shù)與第u個(gè)盾構(gòu)軸線偏差之間的相關(guān)系數(shù)，然后將大于z的相關(guān)系數(shù)所對(duì)應(yīng)的施工參數(shù)和第u個(gè)盾構(gòu)軸線偏差進(jìn)行組合，得到包含c個(gè)施工參數(shù)和第u個(gè)盾構(gòu)軸線偏差的盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包，u＝1,2,...,b，b個(gè)盾構(gòu)軸線偏差對(duì)應(yīng)b個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包，a≥c＞0；

(3)對(duì)每個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)初始特征數(shù)據(jù)包進(jìn)行遞歸特征消除：