[發明專利]考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的TBM操作參數優化方法

有效

• 申請號: 202011065664.8
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112182973B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 劉斌;王瑞睿;王亞旭;楊磊;趙光祖
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/17;G06F111/06;G06F111/04
• 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

本公開提供了一種考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的TBM操作參數優化方法，獲取TBM設計參數數據和巖體參數數據；根據獲取的參數數據，得到總推進力和刀盤轉速與刀盤振動信息和巖渣幾何信息的第一映射關系模型；以巖渣幾何信息閾值和刀盤振動信息閾值為約束條件，以掘進速度與能耗為綜合優化目標，根據第一映射關系模型以及預構建的總推進力和刀盤轉速與掘進速度和能耗的第二映射關系模型，進行全局搜索尋優，得到優化的推進速度設定值和刀盤轉速給定值；本公開針對目前TBM施工中操作參數與巖體條件無法科學匹配的難題，提出的刀盤振動和巖渣中獲取有效信息的參數優化方法具有提高施工效率、降低能耗的有益效果。

技術領域

本公開涉及隧道掘進機技術領域，特別涉及一種考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的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。

TBM(Tunnel Boring Machine，隧道全斷面巖石掘進機)施工具有成洞質量高、施工效率高、安全性高和機械自動化程度高等優勢，因此在深埋長大隧道建設中得到了非常廣泛的應用。在實際施工過程中，地層條件的變化對TBM存在著較大的影響，若不及時根據當前圍巖狀態來調整TBM的主要操作參數，將導致TBM掘進效率降低、滾刀磨損嚴重，甚至發生卡機等安全事故。現有優化TBM操作參數研究中并未增加相關約束條件來合理的控制參數的變化。施工中由于掘進面巖體非均質性和各向異性導致TBM滾刀在切削巖體時受力不平衡，引起TBM刀盤振動。而TBM刀盤振動本質上是TBM與圍巖的相互作用，因此TBM刀盤的振動信息可以有效反映當前掘進作業時TBM的運行狀態和圍巖狀態。TBM破巖渣片的形態大小等幾何信息也是判斷掘進面巖體狀態和刀具磨損情況的一個重要依據。因此，開展一種考慮刀盤振動與巖渣信息的TBM主要操作參數的合理優化方法研究，對于提高TBM掘進效率、降低滾刀磨損帶來的施工成本增加以及保障TBM隧道施工安全具有重要的意義。

本公開發明人發現，對于目前TBM主要操作參數優化方面的研究，存在著以下不足：

(1)TBM刀盤振動信息可以有效的反映TBM運行狀態和圍巖狀態，是巖機相互作用的產物，但目前的TBM主要操作參數優化中沒有將振動信息充分利用起來；

(2)TBM破巖渣片幾何形態的統計數據對于TBM掘進狀態的判斷具有重要的指導意義，而巖渣所包含的信息并未在目前的TBM主要操作參數優化中充分發揮作用；

(3)在現有研究中通常只選取一個TBM目標參數作為優化的對象，缺乏將多個參數相結合作為聯合目標，并且沒有將刀盤振動與巖渣信息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，本公開提供了一種考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的TBM操作參數優化方法，綜合利用巖機關系模型、刀盤振動與巖渣幾何信息預測模型，以刀盤振動信息和巖渣信息為約束條件，對提出的主要操作參數優化目標進行全局尋優，并對所得到的TBM主要操作參數進行預測評價，從而獲得了最優的主要操作參數，提高了施工效率，降低了能耗。

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考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的TBM操作參數優化方法。

一種考慮刀盤振動與巖渣幾何信息的TBM操作參數優化方法，包括以下步驟：

獲取TBM設計參數數據和巖體參數數據；

根據獲取的參數數據，得到總推進力和刀盤轉速與刀盤振動信息和巖渣幾何信息的第一映射關系模型；

以巖渣幾何信息閾值和刀盤振動信息閾值為約束條件，以掘進速度與能耗為綜合優化目標，根據第一映射關系模型以及預構建的總推進力和刀盤轉速與掘進速度和能耗的第二映射關系模型，進行全局搜索尋優，得到優化的推進速度設定值和刀盤轉速給定值。