[發明專利]基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法及系統

有效

• 申請號: 202110400495.7
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113158562B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉斌;王瑞睿;蔣鵬;王亞旭;朱顏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于隧道掘進機施工技術領域，提供了基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法及系統。其中，該方法包括獲取巖體參數與其對應的TBM掘進數據，所述TBM掘進數據包括操作參數及性能參數；以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤推力為輸出，建立第一變化規律；以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤扭矩為輸出，建立第二變化規律；以巖體參數與操作參數為輸入，以對應性能參數為輸出，將第一變化規律和第二變化規律作為約束條件，依據全連接深度神經網絡方法建立輸入與輸出數據間的雙驅動映射關系，得到雙驅動映射模型以用于操作參數的優化。

技術領域

本發明屬于隧道掘進機施工技術領域，尤其涉及一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在隧道建設，特別是長大隧道建設方面，隧道全斷面巖石掘進機(Tunnel BoringMachine)已成為優先選用的施工裝備，其具有掘進效率高、對圍巖擾動小、成洞質量高、安全性強等方面優勢。然而，當前TBM掘進操作參數的選擇和調整主要依賴對巖體地質條件的定性認識和人為經驗判斷，導致TBM操作參數優化調整難以很好地匹配巖體地質條件變化，易出現掘進速度或利用率低，刀盤、刀具及主軸承異常磨損以及掘進成本劇增等情況，甚至導致TBM被卡與整機損毀等嚴重后果，其原因是當前缺乏更高精度的巖體參數與TBM掘進參數間的關系模型，TBM各項性能參數隨巖體參數或操作參數的變化規律不明，進而導致掘進參數決策缺乏科學依據，與巖體地質條件無法及時合理匹配。

目前TBM巖機映射主要分為兩類，一類是主要依據室內線性切割試驗所得的，基于破巖物理規律的理論映射，另一類則是依據現場實測數據的，基于回歸分析的經驗性映射。前者不受數據本身質量的影響，具有較好的普適性，而后者更接近實際情況，具有更高的精度，二者各有優勢，卻少有融合二者優勢的研究。發明人發現，特別是對于基于實際工程數據統計的巖-機映射構建方法，大多僅從現場實測數據出發，未能將模擬與試驗所得物理規律用于映射構建過程中。數據挖掘領域普遍認為，將物理規律與數據挖掘相結合，有利于提升映射關系模型的精度。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題，本發明提供一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法及系統，其可幫助施工人員，在已知巖體參數與操作參數的條件下，準確判斷TBM各項性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法。

一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建方法，包括：

獲取巖體參數與其對應的TBM掘進數據，所述TBM掘進數據包括操作參數及性能參數；

以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤推力為輸出，建立第一變化規律；以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤扭矩為輸出，建立第二變化規律；

以巖體參數與操作參數為輸入，以對應性能參數為輸出，將第一變化規律和第二變化規律作為約束條件，依據全連接深度神經網絡方法建立輸入與輸出數據間的雙驅動映射關系，得到雙驅動映射模型以用于操作參數的優化。

本發明的第二個方面提供一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建系統。

一種基于物理約束與數據挖掘的TBM巖機映射構建系統，包括：

數據獲取模塊，其用于獲取巖體參數與其對應的TBM掘進數據，所述TBM掘進數據包括操作參數及性能參數；

變化規律構建模塊，其用于以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤推力為輸出，建立第一變化規律；以巖體抗壓強度與貫入度為輸入，以刀盤扭矩為輸出，建立第二變化規律；