[發(fā)明專利]基于振動響應(yīng)實時識別盾構(gòu)機前方地質(zhì)條件的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310571895.3
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116304843B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張超;耿自恒;陳仁朋;龔楊凱;任昱豪;朱閩湘;鄧鵬;程紅戰(zhàn)
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43275
• 代理人: 劉洋

本發(fā)明公開了一種基于振動響應(yīng)實時識別盾構(gòu)機前方地質(zhì)條件的方法，包括通過機載振動監(jiān)測設(shè)備采集盾構(gòu)機掘進過程中的振動信號；采集盾構(gòu)機的掘進參數(shù)；獲取鉆孔位置處盾構(gòu)機已開挖的地質(zhì)條件；構(gòu)建由掘進參數(shù)、振動信號以及地質(zhì)條件組成的數(shù)據(jù)庫；分析數(shù)據(jù)庫中掘進參數(shù)和振動信號的響應(yīng)關(guān)系；根據(jù)已知地質(zhì)條件進行驗證，識別不同地質(zhì)類別；最后采用支持向量機量化不同地質(zhì)類別的分類邊界。本發(fā)明通過聯(lián)合盾構(gòu)機的實時掘進參數(shù)與振動響應(yīng)，可以有效識別當(dāng)前正在開挖的地質(zhì)條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于盾構(gòu)掘進技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于振動響應(yīng)實時識別盾構(gòu)機前方地質(zhì)條件的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

土壓平衡盾構(gòu)機是當(dāng)前城市地下隧道建設(shè)中廣泛應(yīng)用的工程裝備，具有開挖快速、操作安全、擾動較小等特點。盡管具備這些優(yōu)勢，土壓平衡盾構(gòu)機的一個主要缺陷是操作手無法直接觀察當(dāng)前正在開挖的地質(zhì)條件，因此無法根據(jù)當(dāng)前地質(zhì)條件指導(dǎo)掘進參數(shù)的調(diào)控，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進參數(shù)的設(shè)置與前方地質(zhì)條件的匹配性較差。在實際工程中導(dǎo)致了一系列施工問題，如掌子面失穩(wěn)、地表沉降超限、刀具磨損等。

振動監(jiān)測作為性態(tài)診斷或健康監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)在許多機械領(lǐng)域場景，尤其是旋轉(zhuǎn)機械中，得到了廣泛應(yīng)用。盾構(gòu)機作業(yè)過程中，旋轉(zhuǎn)的刀盤始終與地層相互作用，這種相互作用產(chǎn)生的振動響應(yīng)中包含了正在開挖的地質(zhì)條件的信息，因而有望基于盾構(gòu)機的實時振動響應(yīng)來識別當(dāng)前開挖的地質(zhì)條件。然而，現(xiàn)有的基于盾構(gòu)機振動響應(yīng)識別地質(zhì)條件的方法只關(guān)注振動響應(yīng)與前方地質(zhì)條件二者的直接關(guān)聯(lián)，忽略了盾構(gòu)掘進參數(shù)對于振動響應(yīng)的影響，且現(xiàn)有的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)多集中于局部地層交界面位置，所提出的方法僅限于判別全斷面地層與復(fù)合斷面地層，尚缺少針對不同地質(zhì)類別的判斷方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種基于振動響應(yīng)實時識別盾構(gòu)機前方地質(zhì)條件的方法及系統(tǒng)，其可以有效解決背景技術(shù)中涉及的至少一個技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于振動響應(yīng)實時識別盾構(gòu)機前方地質(zhì)條件的方法，包括以下步驟：

S1：在盾構(gòu)機的振動部件上設(shè)置機載振動監(jiān)測設(shè)備，采集盾構(gòu)機掘進過程中的振動信號；

S2：采集盾構(gòu)機在掘進過程中的掘進參數(shù)；

S3：獲取鉆孔位置處盾構(gòu)機已開挖的地質(zhì)條件，并根據(jù)巖石基本質(zhì)量指標(biāo)進行分類；

S4：構(gòu)建由掘進參數(shù)、振動信號以及地質(zhì)條件組成的數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；

S5：分析預(yù)處理過的掘進參數(shù)和振動信號的響應(yīng)關(guān)系；

S6：根據(jù)經(jīng)巖石基本質(zhì)量指標(biāo)分類后的已知地質(zhì)條件驗證掘進參數(shù)和振動信號的響應(yīng)關(guān)系，識別不同的地質(zhì)類別；

S7：進行定量化表征，采用支持向量機量化不同地質(zhì)類別的分類邊界。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選改進，在步驟S1中，所述振動部件包括驅(qū)動馬達、減速機、小齒輪、主軸承、土艙隔板以及螺旋輸送機。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選改進，在步驟S1中，所述機載振動監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測頻率為1000Hz。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選改進，在步驟S2中，所述掘進參數(shù)包括刀盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩、膨潤土總量、泡沫液體總量、泡沫槍空氣總量。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選改進，在步驟S2中，每隔一分鐘對掘進參數(shù)采樣一個數(shù)據(jù)，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。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選改進，在步驟S4中，所述對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括去除盾構(gòu)機停機階段的數(shù)據(jù)以及清洗異常數(shù)據(jù)。