[發明專利]基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法

有效

• 申請號: 202011062001.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112196559B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 劉斌;王亞旭;趙光祖;王瑞睿;楊磊;王濱
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/093;E21D9/06;E21D9/00;E21F17/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法，屬于隧道掘進機施工技術領域，包括以下步驟：獲取巖體參數數據；以獲取的巖體參數數據為預設施工成本計算模型的輸入，通過插值擬合得到施工成本最小時的刀盤推力和刀盤扭矩；其中，預設施工成本計算模型包括TBM掘進速度預測模型和TBM滾刀壽命預測模型；本公開結合TBM掘進速度預測模型以及滾刀壽命預測模型，建立了TBM主要操作參數與施工成本的關系，從而獲得了施工成本最優的主要操作參數。

技術領域

本公開涉及隧道掘進機施工技術領域，特別涉及一種基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

隧道建設在我國公路、鐵路、水利水電以及市政基礎設施建設中占據重要的地位。隧道全斷面巖石掘進機(TBM，Tunnel Boring Machine)因其具有掘進效率高、對圍巖擾動小、成洞質量高、安全性好、機械自動化和信息化程度高等特點，在深埋長大隧道建設方面得到了較為廣泛的應用。在實際施工中，當TBM遇到軟硬交替、高磨蝕性硬巖以及不良地質發育的地層時，常常出現TBM滾刀磨損嚴重、掘進效率低等問題，導致施工成本劇增甚至發生機器異常損毀等事故。而導致這些問題的主要原因之一在于TBM推力、扭矩等主要操作參數難以及時優化調整以適應掘進面前方的巖體條件變化。而掘進速度和滾刀壽命等參數決定著TBM設備的運行成本及施工效率，是隧道施工效率和效益的重要指標。因此，開展基于掘進速度和刀具消耗最優的TBM主要操作參數的合理優化方法研究，對于破解TBM掘進效率和施工成本難控的關鍵問題、保障TBM安全高效掘進具有重要的意義。

然而，本公開發明人發現，對于目前TBM主要操作參數的優化方面的研究，具體來說具有以下不足：

(1)巖渣作為TBM巖機相互作用的產物，其對于TBM掘進的具有很重要的指導價值，但巖渣所包含的信息在當前的TBM主要操作參數優化中卻沒有得到充分的重視和利用；

(2)在刀具消耗研究方面，現有研究更多的是考慮巖體參數對滾刀壽命的影響，很少考慮到TBM是主要操作參數對其的影響；

(3)現有研究中主要以單一TBM主控參數作為優化目標，很少將多個目標參數相結合進行優化，且沒有將掘進速度與刀具消耗同時作為約束條件來對TBM主要操作參數進行優化。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法，結合TBM掘進速度預測模型以及滾刀壽命預測模型，建立了TBM主要操作參數與施工成本的關系，從而獲得了施工成本最優的主要操作參數。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法。

一種基于掘進速度與刀具消耗最優的TBM操作參數優化方法，包括以下步驟：

獲取巖體參數數據；

以獲取的巖體參數數據為預設施工成本計算模型的輸入，通過插值擬合得到施工成本最小時的刀盤推力和刀盤扭矩；

其中，預設施工成本計算模型包括TBM掘進速度預測模型和TBM滾刀壽命預測模型。

作為可能的一些實現方式，所述巖體參數數據包括圍巖等級、單軸抗壓強度、巖石質量指標、磨蝕性指數、石英含量和巖渣形態。

作為進一步的限定，所述巖渣形態包括巖塊、巖片和巖粒，通過四個類別進行標定，具體為：巖粒；巖粒和巖片；巖粒和巖塊；巖粒、巖片和巖塊。