[發明專利]基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法及系統

有效

• 申請號: 202310571895.3
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116304843B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 張超;耿自恒;陳仁朋;龔楊凱;任昱豪;朱閩湘;鄧鵬;程紅戰
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F18/24
• 分類號: G06F18/24;G06F18/10;G06F18/2411;G06F18/15;G06N20/10
• 代理公司: 湖南岑信知識產權代理事務所(普通合伙) 43275
• 代理人: 劉洋

1.一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在盾構機的振動部件上設置機載振動監測設備，采集盾構機掘進過程中的振動信號；

S2：采集盾構機在掘進過程中的掘進參數；

S3：獲取鉆孔位置處盾構機已開挖的地質條件，并根據巖石基本質量指標進行分類；

S4：構建由掘進參數、振動信號以及地質條件組成的數據庫，并對數據庫中的數據進行預處理；

S5：分析預處理過的掘進參數和振動信號的響應關系，以盾構機的振動信號為縱坐標、掘進參數為橫坐標制圖，數據點呈現出三簇聚合的特征；

S6：根據經巖石基本質量指標分類后的已知地質條件驗證掘進參數和振動信號的響應關系，識別不同的地質類別，三簇數據點剛好對應著三種地質類別，且不同類別之間顯示出明顯的邊界；

S7：進行定量化表征，采用支持向量機量化不同地質類別的分類邊界，在實際應用中，通過將盾構機實時掘進參數與監測到的振動響應輸入支持向量機中，便可輸出當前地質類別的預測結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述振動部件包括驅動馬達、減速機、小齒輪、主軸承、土艙隔板以及螺旋輸送機。

3.根據權利要求1所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述機載振動監測設備的監測頻率為1000Hz。

4.根據權利要求1所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述掘進參數包括刀盤轉速、扭矩、推進速度、貫入度、總推力、土壓平均值、螺旋機速度、螺旋機轉矩、膨潤土總量、泡沫液體總量、泡沫槍空氣總量。

5.根據權利要求1或4所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S2中，每隔一分鐘對掘進參數采樣一個數據，同時將振動信號進行分割，分割為每分鐘一段，并取每分鐘的振動有效值。

6.根據權利要求1所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S4中，所述對數據庫中的數據進行預處理，包括去除盾構機停機階段的數據以及清洗異常數據。

7.根據權利要求1所述的一種基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的方法，其特征在于，在步驟S3中，將地質條件按照巖石基本質量指標進行類別劃分，得到堅硬巖、較硬巖、軟巖三種地質類別。

8.一種用于運行權利要求1-7任意一項所述的方法的基于振動響應實時識別盾構機前方地質條件的系統，其特征在于，包括：

振動信號采集模塊，用于采集盾構機掘進過程中的振動信號；

掘進參數采集模塊，用于采集盾構機在掘進過程中的掘進參數；

分類模塊，用于根據巖石基本質量指標對鉆孔位置處獲取的已知地質條件進行分類；

預處理模塊，用于構建由掘進參數、振動信號以及地質條件組成的數據庫，并對數據庫中的數據進行預處理；

響應分析模塊，用于分析預處理過的掘進參數和振動信號的響應關系；

地質類別識別模塊，用于根據經巖石基本質量指標分類后的已知地質條件驗證掘進參數和振動信號的響應關系，識別不同的地質類別；

分類邊界量化模塊，用于進行定量化表征，采用支持向量機量化不同地質類別的分類邊界。