[發(fā)明專利]一種基于土壓平衡盾構機參數數據驅動反演地質的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911421797.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111160571B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 洪開榮;周振建;陳饋;李鳳遠;蘇文德;張合沛;彭正勇;張兵;許黎明;陳利杰;褚長海;高會中;許華國;任穎瑩;江南
• 申請（專利權）人: 盾構及掘進技術國家重點實驗室;中鐵隧道局集團有限公司
• 主分類號: G06N20/00
• 分類號: G06N20/00;G06N3/006
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 靳錦;邊延松

本發(fā)明公開了一種基于土壓平衡盾構機參數數據驅動反演地質的方法，包括以下步驟：提取土壓平衡盾構機的歷史運行數據集data，從歷史運行數據集data中提取正常掘進段的數據data1，并剔除異常值；分別對數據data1中不同地質條件下的數據添加對應的標簽，篩選設備運行參數變量，構建新的數據集data2；對數據集data2進行歸一化處理，形成數據集data3；將數據集data3隨機劃分為訓練集和測試集，在訓練集上學習隨機森林模型，并在測試集上進行驗證，確定模型超參數；提取土壓平衡盾構機的實時正常掘進段數據，根據學習的隨機森林模型的輸入參數篩選數據，代入學習的隨機森林模型，計算地質條件信息。本發(fā)明具有如下有益效果：準確度高、計算復雜度低，效率較快，為土壓平衡盾構機施工的輔助掘進提供技術支撐。

技術領域

本發(fā)明涉及盾構施工技術領域，尤其是涉及一種基于土壓平衡盾構機參數數據驅動反演?地質的方法。

背景技術

土壓平衡盾構的基本原理是用一件有形的鋼質組件沿隧道設計軸線開挖土體而向前推?進。土壓平衡盾構屬封閉式盾構。盾構的另一個作用是能夠承受來自地層的壓力，防止地下?水或流砂的入侵。土壓平衡盾構有著很多的優(yōu)點，比如安全開挖和襯砌，掘進速度快；不影?響地面交通與設施，同時不影響地下管線等設施；穿越河道時不影響航運，施工中不受季節(jié)、?風雨等氣候影響，施工中沒有噪音和擾動。

但是土壓平衡盾構機在施工過程中，會碰到斷面尺寸多變、地質條件變化的問題，如果?不能對地質條件進行預測，則會對施工效率有很大的影響，且會影響施工工程的安全性與可?靠性，增加了施工風險，影響工程施工的工期。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了克服現有技術中地質條件變化，降低施工效率，影響施工工程安全性與可靠?性，增加施工風險的問題，提出了種基于土壓平衡盾構機參數數據驅動反演地質的方法，可?以從施工歷史數據中得出參考模型，根據當前土壓平衡盾構機的運行數據，預測地質條件，?為后續(xù)施工提供有效的技術支撐。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

一種基于土壓平衡盾構機參數數據驅動反演地質的方法，其特征是，包括以下步驟：

(1-1)提取土壓平衡盾構機的歷史運行數據集data，從歷史運行數據集data中提取正?常掘進段的數據data1，并剔除異常值；

(1-2)分別對數據data1中不同地質條件下的數據添加對應的標簽，篩選設備運行參數?變量，構建新的數據集data2；

(1-3)對數據集data2進行歸一化處理，形成數據集data3；

(1-4)將數據集data3隨機劃分為訓練集和測試集，在訓練集上學習隨機森林模型，并?在測試集上進行驗證，確定模型超參數；

(1-5)提取土壓平衡盾構機的實時正常掘進段數據，根據學習的隨機森林模型的輸入參?數篩選數據，代入學習的隨機森林模型，計算地質條件信息。

作為優(yōu)選，步驟(1-5)包括以下步驟：

(2-1)提取土壓平衡盾構機的實時運行參數；

(2-2)判斷是否為正常掘進段數據，若是正常掘進段數據，則根據學習的隨機森林模型?的輸入參數篩選數據；若不是正常掘進段數據，則丟棄該數據；

(2-3)將篩選的數據代入學習的模型，計算地質條件信息。

作為優(yōu)選，設備運行參數變量包括刀盤扭矩、總推進力、推進速度和貫入度。

作為優(yōu)選，所述正常掘進段數據包括主動參數、被動參數、施工環(huán)號和采樣時刻。

作為步驟(2-2)的替換，將隨機森林模型替換為k-means模型，根據k-means模型的輸?入參數篩選數據。