[發(fā)明專利]一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211439801.9
• 申請(qǐng)日: 2022-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN115659842A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊小龍;王凱;盧煒;賈苗;張合沛;陳瑞祥;李叔敖;周孟佳;秦銀平;林春剛;李大偉;馮歡歡;李增;高會(huì)中;任穎瑩;江南;何蒙蒙;郁凱旋;萬雪鈺;李夢(mèng)雨;張斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中鐵隧道局集團(tuán)有限公司;中鐵開發(fā)投資集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06V10/764;G06V10/82;G06F18/214;G06T17/05;E21D9/00;E21D9/06
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 李夢(mèng)然

本發(fā)明公開了一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法，尤其涉及大直徑盾構(gòu)、用于修建水下隧道或上軟下硬地層施工的盾構(gòu)，大直徑盾構(gòu)開挖面地層復(fù)雜、水下隧道地質(zhì)勘察準(zhǔn)確差、上軟下硬地層土巖分界面確定難，通過項(xiàng)目的地勘資料、隧道縱斷面圖等不能準(zhǔn)確反映真實(shí)的地勘情況，通過對(duì)盾構(gòu)裝備數(shù)據(jù)、渣土信息及若干傳感器信息的采集、分析，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地層反演，在盾構(gòu)掘進(jìn)中不斷生成新的電子地圖指導(dǎo)盾構(gòu)施工等的開展，對(duì)于隧道的智能建造具有促進(jìn)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于盾構(gòu)智能化掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)以施工速度快、安全性好的顯著優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用在公路、鐵路、地鐵的修建中，但在盾構(gòu)施工中由于地勘資料準(zhǔn)確性不夠，給盾構(gòu)施工帶來極大困擾，尤其大直徑盾構(gòu)開挖面地層復(fù)雜、水下隧道勘察較難、上軟下硬地層分界面起伏不定，由于地勘資料的準(zhǔn)確性不夠，通過項(xiàng)目的地勘資料、隧道縱斷面圖等不能準(zhǔn)確反映真實(shí)的地勘情況，直接制約盾構(gòu)施工效率、質(zhì)量、安全的提升。

如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，利用盾構(gòu)掘進(jìn)中的數(shù)據(jù)實(shí)施對(duì)地質(zhì)的動(dòng)態(tài)反演，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)邊掘進(jìn)、隧道縱斷面地質(zhì)信息邊更新的動(dòng)態(tài)反演方法，對(duì)于盾構(gòu)施工質(zhì)量和效率提升意義重大，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法，解決現(xiàn)有盾構(gòu)施工地勘資料不準(zhǔn)確制約施工效率、安全提升的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法，包括以下具體步驟：

S1、在盾構(gòu)滾刀和軟土刀具中配置載荷傳感器及數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，對(duì)盾構(gòu)刀具載荷進(jìn)行測量、傳輸與存儲(chǔ)；在盾構(gòu)出渣處，配置視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行渣土圖形采集，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法對(duì)渣土進(jìn)行識(shí)別分類；

S2、利用工程項(xiàng)目的地勘資料及地質(zhì)縱斷面信息形成數(shù)據(jù)并生成電子地圖，該電子地圖顯示工程線路地質(zhì)縱斷面圖，包含對(duì)應(yīng)里程的地層信息、地層的基本物理力參數(shù)，電子地圖根據(jù)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)更新；

S3、進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，同步采集盾構(gòu)滾刀和軟土刀具載荷數(shù)據(jù)、渣土圖像及分類信息、盾構(gòu)掘進(jìn)中裝備的推力、扭矩、掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；

S4、對(duì)滾刀和軟土刀具載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取載荷平均值繪制刀具在開挖面不同位置載荷變化曲線，通過分析不同里程處不同刀具在開挖面不同位置處載荷大小，再通過盾構(gòu)出渣位置處的土層信息并結(jié)合原始的影像信息，對(duì)掘進(jìn)中地層信息進(jìn)行再次判識(shí)，對(duì)電子地圖進(jìn)行更新修正；

S5、收集掘進(jìn)中推力、扭矩、掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速的機(jī)器數(shù)據(jù)，以及刀具載荷信息、開挖面的地層種類、對(duì)應(yīng)種類地層在開挖面的比例、對(duì)應(yīng)種類地層的強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息，形成數(shù)據(jù)庫用于模型訓(xùn)練；

S6、將數(shù)據(jù)庫隨機(jī)分為兩部分，一部分樣本作為訓(xùn)練集，一部分樣本作為驗(yàn)證集，利用多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)訓(xùn)練集數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練，比較不同算法的效果，選擇預(yù)測的精度和準(zhǔn)確度高的機(jī)器學(xué)習(xí)算法并形成學(xué)習(xí)模型，建立掘進(jìn)數(shù)據(jù)與地層匹配的關(guān)系；

S7、利用盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，通過已訓(xùn)練的掘進(jìn)數(shù)據(jù)、地層匹配學(xué)習(xí)模型，輸出開挖面地層種類、開挖面地層比例的地層信息，實(shí)現(xiàn)在盾構(gòu)掘進(jìn)中對(duì)地層的反演；

S8、利用反演的地層信息生成更新的電子地圖，為施工提供指導(dǎo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

針對(duì)大直徑盾構(gòu)開挖面地層復(fù)雜、水下隧道巖土勘察難、軟硬不均地層分界探明難，提出以盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法，能夠及時(shí)更新隧道縱斷面地層信息，即基于機(jī)器學(xué)習(xí)通過盾構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)隧道縱斷面地層信息，指導(dǎo)盾構(gòu)施工，對(duì)于隧道智能建造、盾構(gòu)的智能化掘進(jìn)具有積極的意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種利用盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)庫的地質(zhì)動(dòng)態(tài)反演方法的流程圖。

具體實(shí)施方式