[發(fā)明專利]一種基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111482368.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN114372607A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆長(zhǎng)斌;李嚴(yán);李高留
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 陳玄

1.一種基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、計(jì)算巖碴質(zhì)量分形維數(shù)：在TBM施工現(xiàn)場(chǎng)采集若干組不同掘進(jìn)段的混合粒徑巖碴試樣并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)，由篩分結(jié)果計(jì)算各組巖碴試樣的質(zhì)量分形維數(shù)；

步驟2、獲取TBM掘進(jìn)性能指標(biāo)：由篩分試驗(yàn)結(jié)果獲得巖碴粗糙度指數(shù)，通過查閱施工日?qǐng)?bào)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄，獲取與巖碴試樣當(dāng)天對(duì)應(yīng)的TBM掘進(jìn)參數(shù)，計(jì)算出平均掘進(jìn)推力，進(jìn)而計(jì)算出比能；

步驟3、確定巖碴質(zhì)量分形維數(shù)與TBM破巖效率之間的關(guān)系：通過分析巖碴質(zhì)量分形維數(shù)與比能、粗糙度指數(shù)之間的關(guān)系，從而得到巖碴質(zhì)量分形維數(shù)與破巖效率的關(guān)系；

步驟4、用巖碴質(zhì)量分形維數(shù)預(yù)測(cè)TBM最佳掘進(jìn)推力區(qū)間：利用步驟3中所得質(zhì)量分形維數(shù)與破巖效率之間的聯(lián)系，通過分析平均掘進(jìn)推力與分形維數(shù)之間的關(guān)系，并用分形維數(shù)確定較高破巖效率時(shí)對(duì)應(yīng)的推力區(qū)間。

2.如權(quán)利要求1所述的基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟1中，根據(jù)篩分試驗(yàn)所使用的篩網(wǎng)孔徑計(jì)算各組巖碴的粒度—質(zhì)量分形維數(shù)，計(jì)算式如下：

D＝3-a；

其中，D為分形維數(shù)；L_eq為等效邊長(zhǎng)，這里取篩網(wǎng)孔徑為等效邊長(zhǎng)，單位mm；M_Leq為粒徑小于L_eq的巖碴質(zhì)量，單位g；M為巖碴總質(zhì)量，單位g；a為M_Leq/M-L_eq在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的斜率值。

3.如權(quán)利要求1所述的基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟2中，由篩分試驗(yàn)得到各個(gè)篩網(wǎng)的累計(jì)篩余率，將各個(gè)累計(jì)篩余率相加即可得到粗糙度指數(shù)，具體計(jì)算式為：

CI＝∑X_i；

式中，W_i是現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)得到的大于某一粒徑尺寸的巖碴總質(zhì)量，g；W_t是現(xiàn)場(chǎng)采取的TBM巖碴的總質(zhì)量，g；X_i是大于某一粒徑尺寸的累計(jì)篩余率，％；CI為巖碴粗糙度指數(shù)。

4.如權(quán)利要求1所述的基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟2中，比能計(jì)算式為：

式中，SE為比能，kJ/m³；F_v為TBM掘進(jìn)時(shí)的平均推力，kN；l為TBM在某時(shí)段的掘進(jìn)距離，m；M為TBM掘進(jìn)時(shí)的平均扭矩，kN·m；θ為滾刀旋轉(zhuǎn)的角度，rad；R為隧洞開挖半徑，m。

5.如權(quán)利要求1所述的基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟3中，確定巖碴質(zhì)量分形維數(shù)與破巖效率的關(guān)系時(shí)，具體為將分形維數(shù)與比能的對(duì)數(shù)值、粗糙度指數(shù)的對(duì)數(shù)值分別進(jìn)行線性回歸分析。

6.如權(quán)利要求1所述的基于巖碴質(zhì)量分形維數(shù)的TBM掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟4中，用分形維數(shù)預(yù)測(cè)最佳掘進(jìn)推力區(qū)間時(shí)，將平均掘進(jìn)推力與分形維數(shù)進(jìn)行二次函數(shù)擬合分析。