[發明專利]一種基于土壓平衡盾構機參數數據的反演建模方法

有效

• 申請號: 202010151474.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111291500B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 李鳳遠;朱訓林;萬建軍;褚長海;李鋒;趙永成;王東署;宋士倉
• 申請（專利權）人: 盾構及掘進技術國家重點實驗室;鄭州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N20/00;G06F111/10
• 代理公司: 鄭州科碩專利代理事務所(普通合伙) 41157
• 代理人: 侯立曼

本發明公開了一種基于土壓平衡盾構機參數數據的反演建模方法，包括如下步驟：步驟A：提取歷史運行數據集data,然后提取平穩掘進段的數據形成數據集data1；步驟B：在數據集data1中選取出優質掘進環的平穩掘進段數據形成數據集data2；步驟C：將數據集data2擴充3個屬性項，分別存放在各個目標參數的水平值形成數據集data3；步驟D：將數據集data3以整環為單位劃分為訓練集和測試集，確定模型超參數；步驟E：提取土壓平衡盾構機的實時正常掘進段數據，代入學習的隨機森林模型，計算出各個目標參數的水平值；本發明針對土壓平衡盾構機原始施工數據，采用機器學習中隨機森林模型的方法反演出目標參數建議水平值，為土壓平衡盾構機施工的輔助掘進提供了技術支撐。

技術領域

本發明屬于土壓平衡盾構機施工技術領域，特別涉及一種基于土壓平衡盾構機參數數據的反演建模方法。

背景技術

土壓平衡盾構機在掘進過程中，隨著刀盤旋轉不斷切削巖土并通過刀盤開口被壓進土艙，然后通過螺旋機轉到皮帶上輸送到渣車里運至洞外；在沿圓周布置的液壓千斤頂推力下，盾構機不斷向前推進，當盾構機向前推進一個管片的長度(沿洞軸向)時，便可以用管片拼裝機將若干管片依從下而上的順序拼裝成環，以此類推。在應用土壓平衡式盾構施工技術的過程中，應該盡量保證土艙壓力和開挖面土壓力之間的平衡性。在具體的施工過程中，為了能夠更好的保證土壓力平衡，便需要合理調控刀盤、螺旋機和掘進的速度，以便能夠更好的管控切削的土量和出土量。

中國專利公開號為CN110069893A，公開了一種基于多項式回歸的盾構機掘進參數的預測方法，首次將基于機器學習的大數據處理方法應用于盾構工程數據的處理中，通過將盾構工程大數據經過清洗和統計處理后經過機器學習方法進行特征學習的方法，借助于機器學習算法的數據高層特征抽取能力，對運行參數和運行效率高效建模，從而對工程中盾構的參數調節做出指導性的建議，具有人工智能的特性。

中國專利公告號為CN106652637B，公開了一種盾構機協同操作虛擬訓練系統及方法，用于解決現有技術中存在的不能對指令數據并發控制所造成的培訓效果差的技術問題，訓練系統包括：虛擬場景構建模塊、指令輸入模塊、指令數據處理模塊和系統業務模塊；訓練方法為：傳感器采集盾構機相關數據并傳輸至數據服務器；虛擬場景構建模塊讀取數據服務器數據并完成虛擬環境的配置；指令輸入模塊傳輸可編程邏輯控制器的指令數據；指令數據處理模塊將指令數據進行并發控制處理；系統業務模塊將并發處理后的指令數據導入虛擬環境中實現盾構機虛擬訓練并對虛擬訓練過程進行打分、分析和建議。本發明使培訓人員更加直接、清楚的了解自身操作的問題，提升操作人員協同解決問題的能力。

中國專利公告號為CN106096162A，公開了一種確定盾構土艙壓力的方法及其數學模型和構建方法；該數學模型通過參數盾構機的埋深、開挖隧道的斷面、上覆土體的容重和有效內摩擦角以及在保證盾構施工安全的必要條件下構建而成；而盾構土艙的壓力則通過確定參數盾構機的埋深、開挖隧道的斷面以及上覆土體的容重和有效內摩擦角后，代入數學模型獲得；本申請通過構建模型確定盾構土艙壓力，方法簡潔易懂有效，所需指標非常簡便，通過普通的巖土工程勘察即可獲得；利用本發明確定的盾構土艙壓力，比國外確定方法獲得的值稍高，和實際監測數據對比，高于最低監測值，但遠遠低于最高監測結果，效果很好。

然而在施工過程中會碰到地質條件變化的情況，如果能從歷史項目中學習到同類盾構機在類似地質情況下的施工經驗，則會對盾構司機提供大力幫助，從而顯著地提高施工效率。

發明內容

本發明為了給盾構操作員提供操作指導，提出了一種基于土壓平衡盾構機參數數據的反演建模方法，可以從施工歷史數據中學習出參考模型，然后根據當前土壓平衡盾構機運行數據和地質條件，計算出總推進力、螺機轉速等操作建議值，為土壓平衡盾構機施工的輔助掘進提供技術支撐；本發明為達到上述目的所采取的技術方案是：

一種基于土壓平衡盾構機參數數據的反演建模方法，包括如下步驟：