一种盾构机隧道挖掘精度控制方法、设备及计算机存储介质

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种盾构机隧道挖掘精度控制方法、设备及计算机存储介质。

背景技术：

1、盾构机是专门用于隧道掘进的大型机械设备，通过掘进头的旋转和刀盘上的刀片切削土层，将切削下来的土层通过螺旋输送机输送到后方的输土装置，最终将土层运出隧道。同时，盾构机通过支架系统来支撑和稳定隧道的结构，确保施工安全。具体来说，盾构机的切削头通常由刀具和掘进盾组成，刀具负责切削地下岩石和土壤，掘进盾则起到支撑和保护切削头的作用。推进系统则由液压系统和推进机构组成，负责提供动力和控制盾构机的各项动作，将切削头向前推进。

2、在盾构机掘进时，刀具需要对土体进行切削，在刀具磨损后，除了工作效率降低外，刀具的切削能力和精度下降。例如，在硬岩地层中，刀具磨损后刀盘在切削岩石时，无法按照预定的方向和角度进行，会使盾构机的掘进方向发生偏差。因为磨损后的刀具对岩石的切削力不均匀，使得盾构机在推进过程中受到不均衡的反作用力，从而使隧道轴线偏离设计路线。这种偏差可能是水平方向的，也可能是垂直方向的，会对后续的隧道施工和使用产生诸多不利影响，最终导致隧道的轴线出现偏差，对工程施工造成影响。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种盾构机隧道挖掘精度控制方法、设备及计算机存储介质，可根据盾构机的运行参数对刀具磨损量进行计算，通过设定的阈值可在隧道轴线可能出现偏离时进行预警，避免对工程造成影响。

2、一种盾构机隧道挖掘精度控制方法，包括以下步骤：

3、获取若干盾构机的施工序列轴，形成施工序列轴集合；

4、利用施工序列轴集合得到盾构机刀具磨损量影响隧道轴线的阈值；

5、利用施工序列轴集合以及获取的盾构机参数构建有限元仿真模型；

6、实时获取盾构机泡沫流量和土体参数导入至上述有限元仿真模型；

7、计算得到盾构机刀具磨损量，在盾构机刀具磨损量超过上述阈值时，生成隧道轴线偏离预警信息。

8、进一步地，施工序列轴包括土体参数和盾构机刀具磨损量，获取过程包括：

9、构建以施工路线的长度为采集长度的采集轴；

10、在施工路线的长度上构建直线坐标系，在直线坐标系上构建若干采集点；

11、利用采集点获取盾构机刀具磨损量以及土体参数；

12、将获取的盾构机刀具磨损量以及土体参数按照坐标导入采集轴形成施工序列轴。

13、进一步地，土体参数包括硬度参数和硬度分布参数。

14、进一步地，包括如下步骤：

15、识别施工序列轴上的刀具更换节点，刀具更换节点之间定义为刀具使用周期；

16、获取全部刀具使用周期施工序列轴全部采集点的土体参数和刀具磨损量；

17、对上述土体参数和刀具磨损量进行分析，得到土体参数与刀具磨损量的第一分析模型。

18、进一步地，获取全部刀具使用周期对应的隧道轴线，取出其中异常的隧道轴线以及对应的刀具磨损量和土体参数，根据土体参数以及对应的刀具磨损量得到异常隧道轴线与刀具磨损量和土体参数第二分析模型。

19、进一步地，得到盾构机刀具磨损量影响隧道轴线的阈值的过程包括：利用第二分析模型，针对不同的土体参数构建出不同的刀具磨损量阈值。

20、进一步地，计算得到盾构机刀具磨损量包括：

21、将实时获取的土体参数输入至第一分析模型，得到第一磨损量；

22、利用实时获取盾构机泡沫流量对第一磨损量进行校准，得到第二磨损量。

23、进一步地，校准过程包括：将土体参数和泡沫流量导入至有限元仿真模型进行仿真，根据计算得到的磨损量对第一磨损量进行校准，得到第二磨损量。

24、一种计算机设备，包括：储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述的方法。

25、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述的方法。

26、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

27、本发明根据土体参数得到刀具的磨损量，同时采用盾构机泡沫流量对刀具的磨损量进行修正，得到接近真实的刀具磨损状况，同时，根据设置的阈值，在刀具磨损量超过阈值时，生成隧道轴线偏离预警信息对盾构机操作人员进行提示，以便于及时进行处理，避免出现隧道轴线偏移的状况发生。

28、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

29、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步地详细描述。

技术特征：

1.一种盾构机隧道挖掘精度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施工序列轴包括土体参数和盾构机刀具磨损量，获取过程包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，土体参数包括硬度参数和硬度分布参数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，获取全部刀具使用周期对应的隧道轴线，取出其中异常的隧道轴线以及对应的刀具磨损量和土体参数，根据土体参数以及对应的刀具磨损量得到异常隧道轴线与刀具磨损量和土体参数第二分析模型。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，得到盾构机刀具磨损量影响隧道轴线的阈值的过程包括：利用第二分析模型，针对不同的土体参数构建出不同的刀具磨损量阈值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，计算得到盾构机刀具磨损量包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，校准过程包括：将土体参数和泡沫流量导入至有限元仿真模型进行仿真，根据计算得到的磨损量对第一磨损量进行校准，得到第二磨损量。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1~8中任一项所述的方法。

技术总结
一种盾构机隧道挖掘精度控制方法、设备及计算机存储介质，涉及隧道施工技术领域，包括获取盾构机的施工序列轴集合以及获取的盾构机参数构建有限元仿真模型；实时获取盾构机泡沫流量和土体参数导入至上述有限元仿真模型；计算得到盾构机刀具磨损量，在盾构机刀具磨损量超过上述阈值时，生成隧道轴线偏离预警信息等步骤，本发明根据土体参数得到刀具的磨损量，同时采用盾构机泡沫流量对刀具的磨损量进行修正，得到接近真实的刀具磨损状况，同时，根据设置的阈值，在刀具磨损量超过阈值时，生成隧道轴线偏离预警信息对盾构机操作人员进行提示，以便于及时进行处理，避免出现隧道轴线偏移的状况发生，实现控制盾构机隧道挖掘精度的效果。

技术研发人员：张广明,贾学军,陶唯伟,陈飞
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3