一种硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法及系统，所述方法包括获取待测硬岩掘进机的影响比能参数；将待测硬岩掘进机的影响比能参数输入装备比能预测模型，得到预测总刀盘比能值及其各个分量的占比情况；装备比能预测模型的确定方法为：获取影响比能参数和刀盘比能；根据影响比能参数和刀盘比能确定具有物理映射关系的无量纲因子的；根据损失函数和无量纲因子确定比能预测的目标函数；对目标函数进行寻优，得到无量纲因子的权重；根据权重、无量纲因子和影响比能参数得到装备比能预测模型。本发明专利技术综合考虑了多种影响因素，能够给出随施工过程中刀盘比能中各分量的占比及其变化，从而为硬岩隧道掘进机刀盘比能的优化调配提供了基础。配提供了基础。配提供了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法及系统


[0001]本专利技术涉及能耗预测
，特别是涉及一种硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法及系统。

技术介绍

[0002]硬岩掘进机(TBM，Tunnel Boring Machine)是一种被广泛应用于地下隧道施工的重型巨载装备。在使用硬岩掘进机进行地下隧道工程建设时会消耗大量的能源，在掘进过程中有效地预测刀盘比能及其变化，能够给控制系统能耗溯源与调配提供依据，有助于降低施工安全风险的同时实现节能降耗。硬岩掘进机的状态监测数据中蕴含了掘进能耗相关的重要信息，但是影响装备能量消耗的因素众多，存在时变性以及耦合关系，如地下各类地质环境特征随施工工段变化，装备运行状态与地质环境特征之间存在不确定的多重耦合关系，因而基于状态监测数据进行掘进能耗预测建模的难度大。刀盘比能是描述硬岩隧道掘进机施工能耗与效率的重要指标，其含义为完成单位体积岩体掘进所消耗的能量。这些能量消耗包含摩擦阻力消耗、破坏岩石消耗和克服围岩应力消耗等多个分量，其中仅有部分消耗于有效的刀盘破岩做功上。现有技术虽然能够给出刀盘比能的总体预测值，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法，其特征在于，包括：获取硬岩掘进机的影响待测刀盘比能的参数；所述影响待测刀盘比能的参数包括地质环境特征参数、装备与隧道的几何结构参数和装备的运行状态参数；将硬岩掘进机的所述影响待测刀盘比能的参数输入装备比能预测模型，得到刀盘比能的预测值；根据所述刀盘比能的预测值预测得到的比能值、所述硬岩掘进机的影响所述影响待测刀盘比能的参数、权重和无量纲因子的表达式计算比能分量的占比；所述装备比能预测模型的确定方法为：确定硬岩掘进机的影响比能的参数和硬岩掘进机的刀盘比能参数；根据所述硬岩掘进机的影响比能参数和所述硬岩掘进机的刀盘比能参数确定具有物理映射关系的所述无量纲因子的表达式；根据损失函数和所述无量纲因子的表达式确定比能预测的目标函数；获取用于模型训练的硬岩掘进机的影响比能参数的数据样本和用于模型训练的硬岩掘进机的刀盘比能参数的数据样本；利用所述用于模型训练的硬岩掘进机的影响比能参数的数据样本和所述用于模型训练的硬岩掘进机的刀盘比能的数据样本带入所述目标函数中，并对所述目标函数进行寻优，得到所述无量纲因子的权重；根据所述权重和所述无量纲因子的表达式得到所述装备比能预测模型。2.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法，其特征在于，所述确定硬岩掘进机的影响比能参数和硬岩掘进机的刀盘比能参数，包括：在所述用于模型训练的硬岩掘进机的刀盘比能的数据样本中确定硬岩掘进机的推力、扭矩和滚刀贯入岩石的深度；根据所述推力、所述扭矩和所述深度计算所述用于模型训练的硬岩掘进机的刀盘比能的数据样本中硬岩掘进机的刀盘比能。3.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法，其特征在于，所述地质环境特征参数包括：岩石单轴抗压强度、体积节理数、弱面结构间距、岩石完整性系数、结构面走向、结构面倾角、结构面与洞轴线夹角、洞室最大水平主应力、洞室最小水平主应力和垂直洞线最大初始应力；所述几何结构参数包括：所述硬岩掘进机的刀盘直径和隧道埋深；所述运行状态参数包括：所述硬岩掘进机的掘进速度、刀盘旋转速度、水平支撑缸压力和顶护盾缸压力。4.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进机刀盘比能的预测方法，其特征在于，所述根据硬岩掘进机的所述影响比能参数和硬岩掘进机的所述刀盘比能参数确定具有物理映射关系的无量纲因子表达式，包括：根据所述隧道埋深和所述刀盘直径计算第一因子的表达式；根据所述掘进速度、所述刀盘直径和所述刀盘旋转速度计算第二因子的表达式；根据所述刀盘比能、所述岩石单轴抗压强度、所述刀盘直径和计算得到的第二因子计算比能因子的表达式；根据所述体积节理数和所述刀盘直径计算第三因子的表达式；
根据所述弱面结构间距和所述刀盘直径计算第四因子的表达式；根据所述岩石完整性系数得到第五因子的表达式；根据所述结构面走向得到第六因子的表达式；根据所述结构面倾角得到第七因子的表达式；根据所述结构面与洞轴线夹角得到第八因子的表达式；根据所述洞室最大水平主应力和所述岩石单轴抗压强度计算第九因子的表达式；根据所述洞室最小水平主应力和所述岩石单轴抗压强度计算第十因子的表达式；根据所述垂直洞线最大初始应力和所述岩石单轴抗压强度计算第十一因子的表达式；根据所述水平支撑缸压力和所述岩石单轴抗压强度计算第十二因子的表达式；根据所述顶护盾缸压力和所述岩石单轴抗压强度计算第十三因子的表达式；所述无量纲因子的表达式包括所述比能因子的表达式、所述第一因子的表达式、所述第二因子的表达式、所述第三因子的表达式、所述第四因子的表达式、所述第五因子的表达式、所述第六因子的表达式、所述第七因子的表达式、所述第八因子的表达式、所述第九因子的表达式、所述第十因子的表达式、所述第十一因子的表达式、所述第十二因子的表达式和所述第十三因子的表达式。5.根据权利要求1所述的硬岩隧道掘进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，刘尚林，周思阳，亢一澜，蔡宗熙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：