一种TBM可掘性分级方法技术

本发明专利技术公开了一种TBM可掘性分级方法，包括如下步骤：采集历史掘进数据，包括总推力、刀盘扭矩和贯入度；计算岩体可掘性指标和岩体可切削性指标；绘制掘进性能分布图，根据掘进性能分布图获取拟合直线方程；根据拟合直线方程及掘进数据受限曲线，绘制掘进受限区域图，根据掘进受限区域图标示出扭矩受限点和贯入度受限点；在线采集新的掘进数据，计算新掘进数据的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标；根据新掘进数据的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标计算拟合的岩体可掘性指标，将新掘进数据的岩体可掘性指标或拟合的岩体可掘性指标与扭矩受限点和贯入度受限点进行比较对掘进状态进行判定。本发明专利技术计算简单、判断迅速。

【技术实现步骤摘要】
一种TBM可掘性分级方法
本专利技术属于隧道工程隧道掘进机施工
，具体涉及一种基于掘进受限模式识别的TBM可掘性分级方法。
技术介绍
隧道掘进机施工具有安全、高效、环保等优点，已经成为长、大隧道施工的首选工法。TBM最显著的特点是掘进速度快，掘进和支护一体化。评价TBM方法下的工程岩体条件好坏，更应该强调该地层的“可掘性”，因此继续沿用传统的围岩分级方法无法恰当匹配TBM施工特点，无法评价TBM的适用性。针对TBM特定的围岩分级方法已引起研究者关注，其中一些模型直接用施工速度来进行岩体分级，另一些仍然是综合多种岩体参数加权评定岩体等级，它们都可以用来评估TBM岩体分级，但是也存在着参数过多，获取困难，模型使用不方便、不准确等问题。
技术实现思路
针对现有的岩体分级判断方法参数过多、判断不准确的问题，本专利技术提出了一种TBM可掘性分级方法，根据实时采集的掘进数据即可判断出当前掘进地层的可掘性。为解决以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种TBM可掘性分级方法，包括如下步骤：S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TBM可掘性分级方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，采集反映TBM设备运行状态的历史掘进数据，所述历史掘进数据包括总推力、刀盘扭矩和贯入度；/nS2，根据步骤S1中所采集的历史掘进数据，计算岩体可掘性指标和岩体可切削性指标；/nS3，根据步骤S2计算的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标绘制掘进性能分布图，根据掘进性能分布图获取拟合直线方程；/nS4，根据步骤S3的拟合直线方程和掘进数据受限曲线绘制掘进受限区域图，根据掘进受限区域图得到扭矩受限点FPI

【技术特征摘要】
1.一种TBM可掘性分级方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采集反映TBM设备运行状态的历史掘进数据，所述历史掘进数据包括总推力、刀盘扭矩和贯入度；
S2，根据步骤S1中所采集的历史掘进数据，计算岩体可掘性指标和岩体可切削性指标；
S3，根据步骤S2计算的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标绘制掘进性能分布图，根据掘进性能分布图获取拟合直线方程；
S4，根据步骤S3的拟合直线方程和掘进数据受限曲线绘制掘进受限区域图，根据掘进受限区域图得到扭矩受限点FPIT-limited和贯入度受限点FPIp-limited；
S5，在线采集新的掘进数据，计算新掘进数据所对应的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标；
S6，根据新掘进数据所对应的岩体可掘性指标和岩体可切削性指标计算拟合的岩体可掘性指标FPIpro，通过将新掘进数据所对应的岩体可掘性指标或拟合的岩体可掘性指标FPIpro与扭矩受限点FPIT-limited和贯入度受限点FPIp-limited进行比较对TBM的掘进受限模式进行判断。


2.根据权利要求1所述的TBM可掘性分级方法，其特征在于，在步骤S2中，所述根据历史掘进数据计算岩体可掘性指标FPI0.5和岩体可切削性指标TPI，包括如下步骤：
S2.1，将步骤S1所采集的历史掘进数据进行分组，分别计算每组历史掘进数据中各掘进参数的均值；
S2.2，根据步骤S2.1所得到的掘进参数的均值，计算每组历史掘进数据的岩体可掘性指标FPI0.5和岩体可切削性指标TPI。


3.根据权利要求2所述的TBM可掘性分级方法，其特征在于，所述每组历史掘进数据的岩体可掘性指标FPI0.5的计算公式为：



式中，F表示总推力均值；Ff表示空推摩擦力，n表示滚刀总数量，p表示贯入度均值；
所述每组历史掘进数据的岩体可切削性指标TPI的计算公式为：



式中，T表示刀盘扭矩均值，R表示刀盘直径，Ts表示刀盘空转扭矩。


4.根据权利要求3所述的TBM可掘性分级方法，其特征在于，在步骤S3中，所述掘进性能分布图的横坐标为岩体可切削性指标TPI，纵坐标为岩体可掘性指标FPI0.5，根据掘进性能分布图获取拟合直线方程的方法为最小二乘法，且拟合直线方程的公式为：



式中，和均表示拟合系数，变量x表示历史掘进数据所对应的岩体可切削性指标TPI，变量y表示对应的岩体可掘性指标FPI0.5；
所述拟合系数和拟合系数的计算公式分别为：



式中，(xi，yi)分别表示第i组历史掘进数据所对应的岩体可切削性指标TPI和岩体可掘性指标FPI0.5，表示根据各组历史掘进数据的岩体可切削性指标TPI所计算的岩体可切削性指标均值，表示根据各组历史掘进数据的岩体可掘性指标FPI0.5所计算的岩体可掘性指标均值，j表示历史掘进数据的组数。


5.根据权利要求1或4所述的TBM可掘性分级方法，其特征在于，在步骤S4中，所述掘进数据受限曲线包括贯入度受限曲线、推力受限曲线和扭矩受限曲线，所述绘制掘进...

【专利技术属性】
技术研发人员：武颖莹，荆留杰，于太彰，李鹏宇，任梦祎，郑赢豪，陈帅，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41