[發明專利]基于多元線性自回歸的泥水盾構機掘進關鍵參數預測方法

在審

• 申請號: 202010301778.1
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111488694A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 洪開榮;李鳳遠;朱訓林;萬建軍;孫振川;張兵;褚長海;張合沛;周振建;任瑩穎;高會中;江南
• 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;G06F30/17;G06F17/18;E21D9/08
• 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: 邊延松

本發明公開了一種基于多元線性自回歸的泥水盾構機掘進關鍵參數預測方法，包括如下步驟：1、提取歷史運行數據,形成數據集data1；2、在數據集data1中選取正常掘進段數據，形成數據集data2；3、對數據集data2進行去噪和歸一化處理，形成數據集data3；4、對數據集data3進行屬性間相關性等初步數據分析，提取與待預測指標明顯線性相關的屬性列數據，形成數據集data4；5、將數據集data4的數據以整環為單位劃分為訓練集和測試集，確定模型擬合參數；6、提取泥水盾構機的實時掘進數據，代入學習的多元線性自回歸模型，計算出預測指標的值。本發明將機器學習方法應用于盾構工程施工數據的處理中，建立泥水盾構機中掘進關鍵參數的關聯模型，預測泥水盾構機掘進過程中關鍵參數值，為泥水盾構機的操控提供指導。

技術領域

本發明屬于泥水盾構機施工技術領域，特別涉及一種基于多元線性自回歸的泥水盾構機掘進關鍵參數預測方法。

背景技術

泥水盾構機在機械式盾構的前部設置密封隔板，與刀盤之間形成泥水艙，泥水倉中的高壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)也通過刀盤開口滲入開挖面形成不透水的泥膜，泥膜的張力保持水壓力以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。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進入泥水艙，經攪拌裝置攪拌后形成高濃度泥水，用流體輸送方式送到地面泥水分離系統，將碴土、水分離后重新送回泥水倉，這就是泥水加壓平衡式盾構法的主要特征。因為泥水盾構機依靠泥水壓力使掘削面保持穩定平衡，故稱之為泥水加壓平衡盾構機，簡稱泥水盾構機。

泥水盾構機具有耐高水壓、適用地層范圍廣、開挖面穩定性高、對地層擾動小等優點，主要適用于地下水壓大、土體滲透系數大的地質狀況，廣泛用于越江隧道、海底隧道和埋深大、施工環境復雜的城市隧道的施工。

泥水盾構機在施工過程中，由于地層結構的多變性，操作人員需要不斷調整掘進參數，如刀盤轉速、總推進力、進漿流量、排漿流量等，以維持盾構機處在安全、穩定的掘進狀態。如何合理地調整泥水盾構機的掘進參數，是盾構工程施工中需要解決的重要問題。

國內外有些技術人員通過研究盾構掘進參數與地層之間的關聯性，基于模型試驗或機械系統受力分析來建立各掘進參數間數學預測模型，從而對工程中盾構的參數調節做出指導性的建議?？墒?，由于盾構機結構復雜，分析推導過程中需要大量簡化各種復雜的約束條件，因此，這樣所得到的預測模型只適合于理想的環境，僅能部分地解決掘進參數預測問題。

近期，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，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。但是，該專利申請的預測方法只適用于土壓盾構而不適用于泥水盾構。

綜上所述，如何提供一種能夠有效的數學模型，是目前本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是，針對上述問題，提出了一種基于多元線性自回歸的泥水盾構機掘進關鍵參數預測方法，可以從施工歷史數據中學習出參考模型，然后根據當前泥水盾構機運行數據和地質條件，計算出總推進力、刀盤扭矩、進漿流量、排漿流量等關鍵參數的預測值，為泥水盾構機的操作提供指導。盾構機在每環施工時都經歷啟動和掘進、停機等階段，掘進時具有一定的慣性，表現為掘進時的施工數據有自相關性。本發明的方案是基于多元線性自回歸，最大優點是既考慮了系統的慣性，又考慮到了多個參數之間的相關性。

一種基于多元線性自回歸的泥水盾構機掘進關鍵參數預測方法，包括如下步驟：

步驟A：提取與施工作業同類型的泥水盾構機在類似地質條件下的歷史施工數據作為樣本數據集data1；

步驟B：將數據集data1中的每一環都分成啟動段和正常掘進段，提取正常掘進段的數據，形成數據集data2；