一种盾构TBM掘进效能综合评价方法

本发明涉及盾构tbm能效评估领域,尤其涉及一种盾构tbm掘进效能综合评价方法。

背景技术：

1、全断面硬岩隧道掘进机tbm(tunnel boring machine)，针对不同的地层通过设定相应的掘进参数来实现盾构tbm对隧道围岩的破岩掘进，盾构tbm掘进参数如推力、刀盘扭矩等设定不当不仅会造成盾构tbm耗能增加，而且会加大施工风险。盾构tbm掘进效能综合评价方法作为对盾构tbm耗能和掘进参数设定进行评价指导的手段，在施工过程中应得到足够的重视。

2、目前，盾构tbm穿越隧道地层时掘进参数的设定多是凭借工程经验进行试掘进，然后根据现场施工情况再对掘进参数进行调整优化确定的。这种依靠施工经验确定的方法仅仅考虑盾构tbm掘进效率，对掘进过程中机械耗能的考虑不足，而且掘进参数需经过多次调整才能确定，这就增加了施工风险和机械耗能，增加施工成本。

3、为此，根据盾构tbm岩机相互作用机理，综合隧道围岩可掘进性和掘进指数分级体系，建立一种盾构tbm掘进效能综合评价方法，对不同地层盾构tbm掘进参数的设定和调整提供理论依据，对降低盾构tbm掘进耗能具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明提出了一种盾构tbm掘进效能综合评价方法和系统，以解决上文提到的现有技术的缺陷。

2、本发明提出了一种盾构tbm掘进效能综合评价方法，该方法包括以下步骤：

3、步骤s100、根据盾构tbm中的不同掘进岩层种类时岩体孔隙度，采集并集成盾构tbm中的预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间；

4、步骤s200、根据集成得到的所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间对所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度进行能效计算得到参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率；

5、步骤s300、将所述参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率作为参考对比数据，利用预设的贝叶斯决策树算法对接收到的不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度进行岩体孔隙度变化综合评估，判断所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度是否为高能效掘进刀盘传动效率与贯入度；

6、步骤s400、针对所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度发出岩体掘进能耗优化信号；

7、步骤s500、利用预设的贝叶斯决策树算法判断所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度是否为岩层新老迭代区；

8、步骤s600、当判断结果为“是”，则标定所述岩体掘进能耗优化信号并传输至盾构tbm能效管理平台，边缘计算网关后台判断所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度是否属于预设范围盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度，当判断结果为“是”，则将所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度加入所述盾构tbm能效管理平台；

9、步骤s700、当判断结果为“否”，则将所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度置入边缘计算网关进行自适应岩体孔隙度变化响应和岩体孔隙度变化掘进能耗供应变化策略生成中，并提取所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度的异常数据，根据所述异常数据构建不同深度新老岩层变化位置数据库。

10、以上系统运行通过对高能效掘进刀盘传动效率与贯入度的分类设定，在离线状态下传输基础纯洁的岩体强度数据，并形成单独识别库，其单独识别库呈离线状态，每一次在比对时皆主要从单独识别库中提取相应信息，并将诊断为高能效掘进刀盘传动效率与贯入度依据流程步骤分类，通过提取岩体强度数据波动区间的形式，依据误警报数据、盾构tbm安全信息数据和不同深度新老岩层变化位置信息数据分类，并且均单独形成数据集合。

11、在具体的实施例中，所述波动区间包括：岩体不同深度沉降、掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间波动值和岩体断裂带处的推进缸压力。

12、在具体的实施例中，所述根据集成得到的所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间对所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度进行能效计算得到参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率，具体包括：

13、利用所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间构建刀盘扭矩自适应模型，依据单位时间对所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度进行变化计算，并保存为参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率；

14、所述刀盘扭矩自适应模型，表达式为：

15、

16、其中，表示掘进刀盘传动效率与贯入度自适应函数，θ表示掘进刀盘传动效率与贯入度自适应因子，y表示自适应变化的迭代次数，y表示自适应变化的迭代总次数，j表示掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间，b表示掘进刀盘传动效率与贯入度波动噪声影响矩阵，表示掘进刀盘传动效率与贯入度的波动误差；表示掘进刀盘传动效率与贯入度自适应参数矩阵，e表示掘进刀盘传动效率与贯入度数据的稀疏度，bx表示掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间内数据的能效计算效率。

17、将所述参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率和所述刀盘扭矩自适应模型构建为标准的掘进刀盘传动效率与贯入度统计参考目录。

18、在具体的实施例中，所述盾构tbm能效管理平台的构建依据边缘计算网关后台的接入进行直接设置，且所述盾构tbm能效管理平台的掘进刀盘传动效率与贯入度数据依据实际掘进速度变化计算。

19、根据所述参考对比数据，依据单位时间构建贝叶斯决策树算法计算构件；

20、采集盾构tbm不同深度岩体强度数据，对盾构tbm进行安全性分析；

21、用相应的特征匹配算法来检查所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度的不同深度岩体强度数据，判断所述不同深度岩体强度数据中的包括岩石含水量和岩石应力；

22、利用预设的贝叶斯决策树算法检查所述不同深度岩体强度数据，当所述不同深度岩体强度数据中的信息与所述贝叶斯决策树算法中的预设参数相匹配，判断所述不同深度岩体强度数据为高能效掘进刀盘传动效率与贯入度，并发出岩体掘进能耗优化信号，将所述岩体掘进能耗优化信号传送给边缘计算网关服务器控制端进行显示。

23、在具体的实施例中，所述贝叶斯决策树算法具体包括：对所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度的不同深度岩体强度数据依据预设规则进行

24、判断所述预设规则所综合评估的不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度影响因素，并与所述参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率比较关键节点信息并进行盾构tbm能耗异常识别，依据提前设定的用于判断预设范围盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度的最大值，判断所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度是否为岩层新老迭代区。

25、设定数据处理周期，并根据所述周期进行计时，同时提醒边缘计算网关处理所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度；

26、边缘计算网关在所述时间范围内对所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度进行实时远程处理，当边缘计算网关将所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度处理为预设范围盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度时，提取所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间，记录于所述盾构tbm能效管理平台内；

27、如果后续接收到的不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间在所述盾构tbm能效管理平台已存在，则不再提醒边缘计算网关对该不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度进行处理；

28、如果计时完毕后无边缘计算网关对所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度进行处理。

29、本发明中盾构tbm能效管理平台所形成的报警信息为计时设置，报警操作为边缘计算网关主动操作。

30、对所有高能效掘进刀盘传动效率与贯入度进行决策树模型分析分类为如果干个决策树分支，将每个决策树分支的波动区间与所述不同深度新老岩层变化位置数据库内所保存的波动区间进行对比；

31、如果对比到相同的波动区间，将对应的高能效掘进刀盘传动效率与贯入度直接反馈给边缘计算网关进行自适应岩体孔隙度变化响应和岩体孔隙度变化掘进能耗供应变化策略生成；

32、如果未对比到相同的波动区间，则判定对应的高能效掘进刀盘传动效率与贯入度为新型岩体孔隙度变化掘进刀盘传动效率与贯入度，根据该高能效掘进刀盘传动效率与贯入度的岩体强度数据进行特征提取，将提取到的波动区间保存至所述不同深度新老岩层变化位置数据库内，并同步响应边缘计算网关进行自适应岩体孔隙度变化响应和岩体孔隙度变化掘进能耗供应变化策略生成；

33、对属于相同决策树分支的高能效掘进刀盘传动效率与贯入度生成相似的岩体孔隙度变化警报，并依据波动区间将属于相同决策树分支的高能效掘进刀盘传动效率与贯入度划分为同一种类型的掘进刀盘传动效率与贯入度数据。

34、本发明对于同一波动区间的警报进行划分处理，从而进一步减少警报信息的数量。

35、本发明提出一种盾构tbm掘进效能综合评价方法，该方法通过不同构件实现，包括：

36、参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度集成构件：配置用于根据盾构tbm中的不同掘进岩层种类时岩体孔隙度，采集并集成盾构tbm中的预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间，根据集成得到的所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度的波动区间对所述预设安全掘进刀盘传动效率与贯入度进行能效计算得到参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率；

37、高能效掘进刀盘传动效率与贯入度识别构件：配置用于将所述参考盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度单位时间能效利用率作为参考对比数据，利用预设的贝叶斯决策树算法对接收到的不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度进行岩体孔隙度变化综合评估，判断所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度是否为高能效掘进刀盘传动效率与贯入度，并针对所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度发出岩体掘进能耗优化信号；

38、掘进能耗优化判断监督构件：配置用于利用预设的贝叶斯决策树算法判断所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度是否为岩层新老迭代区，当判断结果为“是”，则标定所述岩体掘进能耗优化信号并执行盾构tbm安全信息识别综合评估构件，当判断结果为“否”，执行不同深度新老岩层变化位置数据库建立构件；

39、盾构tbm安全信息识别综合评估构件：配置用于传输至盾构tbm能效管理平台，边缘计算网关后台判断所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度是否属于预设范围盾构tbm掘进刀盘传动效率与贯入度，当判断结果为“是”，则将所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度加入所述盾构tbm能效管理平台，当判断结果为“否”，则执行不同深度新老岩层变化位置数据库建立构件；

40、不同深度新老岩层变化位置数据库建立构件：配置用于将所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度置入边缘计算网关进行自适应岩体孔隙度变化响应和岩体孔隙度变化掘进能耗供应变化策略生成中，并提取所述高能效掘进刀盘传动效率与贯入度的异常数据，根据所述异常数据构建不同深度新老岩层变化位置数据库。

41、有益效果：

42、本发明提出一种盾构tbm掘进效能综合评价方法，该方法通过对盾构tbm的掘进刀盘传动效率与贯入度进行监测，传输至盾构tbm能效管理平台和不同深度新老岩层变化位置数据库，对所述不同深度掘进刀盘传动效率与贯入度的不同深度岩体强度数据依据预设规则进行数据大小、波动情况、波动原因和盾构tbm能耗异常识别，该方法可以通过不同维度实现对盾构tbm的有效综合评估，本发明同时还提出的采用不同的模型与算法，对盾构tbm数据进行智能处理，该方法实现简单，提升了盾构tbm的运行效率，保证了掘进安全有效的进行。