含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法技术

本发明专利技术公开的一种含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，具体如下：S1、获取当前环盾构开挖面的泥水压力时间序列S(t)，对当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)进行去噪，将去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S

【技术实现步骤摘要】
含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法


[0001]本专利技术属于盾构隧道
，更具体地，本专利技术涉及一种含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的发展，盾构隧道在各大城市地铁和过江隧道建设中广泛应用，随着建设密度的不断加大，地铁盾构隧道也开始面临复合地层的挑战。含泥岩复合地层在我国分布广泛，包括南宁、南京、南昌、长沙、武汉等，其中以南宁地铁的泥水平衡盾构施工最为突出。泥水盾构在含泥岩复合地层施工，面临泥岩堵仓导致的开挖面压力异常增大且波动剧烈的难题，极易诱发地面冒浆事故。由于泥水盾构堵仓导致的参数波动使得开挖面泥水压力时间序列呈现非平稳状态，由于缺乏对参数真值的认识，传统的信噪比、均方误差等指标无法使用。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，旨在改善上述问题。
[0004]本专利技术是这样实现的，一种含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，所述方法具体如下：
[0005]S1、获取当前环盾构开挖面的泥水压力时间序列S(t)，对当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)进行去噪，将去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S
denoised
(t)放入数据集中；
[0006]S2、在进入下一环盾构掘进施工时，执行步骤S1；
[0007]S3、在获取了盾构区间内所有环的盾构开挖面泥水压力时间序列(St)后，对数据集中的泥水压力时间序列S
denoised
(t)聚类，即获取盾构开挖面泥水压力时间序列的波动特征。
[0008]进一步的，当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)的去噪方法具体如下：
[0009]通过VMD算法来将序列S(t)分解为k个离散模态序列；
[0010]通过DFA算法来确定最佳的分解层数k_optimal，获取最佳的分解层数 k_optimal下的离散模态序列；
[0011]基于去噪准则对最佳的分解层数k_optimal下的离散模态序列进行去噪。
[0012]进一步的，分解层数k_optimal的确定公式具体如下：
[0013][0014]其中，h0为当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)的标度指数，h
1:k
表示标度指
数序列[h0,h1,...,h
k
]，h
k
为离散模态序列u
k
的标度指数，h
1:k
≥θ＝J表示标度指数序列[h0,h1,...,h
k
]大于标度指数阈值θ的标度指数个数等于J。
[0015]进一步的，去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S
denoised
(t)计算公式如下：
[0016][0017]u
j
(t)为S(t)在最佳分解层数K_optimal下分解后形成的离散模态序列中的第j个，h
j
为模态u
j
(t)的标度指数，θ为标度指数阈值。
[0018]进一步的，在步骤S1之后还包括：
[0019]对去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S
denoised
(t)进行降维，其方法具体如下：
[0020]利用Z
‑
score标准化将序列S
denoised
(t)＝{s1,s2,
…
,s
N
}转化为均值为0，标准差为1的正态分布序列S
′
denoised
＝{s
′1,s
′2,
…
,s
′
N
}；
[0021]利用如下公式对序列S
′
denoised
进行分段平均降维其中， w是所划分的段数，w＜＜N；
[0022][0023]其中，表示S
denoised
(t)序列分段平均降维后的第i段，s
′
j
表示正态分布序列S
′
denoised
中的第j个；
[0024]依据等概率分布原则，在正态分布曲线上确定分裂点，实现序列的离散化表示。
[0025]进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：
[0026]S31、计算数据集中各环泥水压力序列间的相似度，将相似度最近的两环归为一类，直到遍历所有环泥水压力序列，采用DTW算法来获取不等长符号序列间的相似性；
[0027]S32、计算各类间的相似度，将相似度最近的两类归为一类，直到遍历当前所有类，类间的相似度采用两类中各环泥水压力序列的平均性相似度；
[0028]S33、检测当前类的数量是否小于数量阈值，若检测结果为是，则输出当前类，若检测结果为否，则执行步骤S32。
[0029]本专利技术利用多种时间序列处理算法基础上，以含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力为对象，通过去噪分析和特征提取，阐明不同复合比地层下的泥水压力波动特征，为盾构施工精益化操控提供技术支撑，确保施工安全。该方法不受掘进参数序列长度、参数类型等因素的影响，所提出的去噪策略，适用于所有盾构掘进参数去噪，开挖面压力特征提取的思路，可以拓展到各类非均质地层盾构施工参数聚类分析。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例提供的含泥岩复合地层开挖面泥水压力(SPE)时间序列的去噪序列；
[0031]图2为本专利技术实施例提供含泥岩复合地层开挖面泥水压力符号近似累积过程示意图。
具体实施方式
[0032]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0033]本专利技术针对含泥岩复合地层泥水盾构堵仓导致的开挖面泥水压力波动问题，通过开发耦合变分模态分解和去趋势波动分析的去噪方法，确定不同复合比地层下泥水压力时间序列去噪阈值，获得去噪后典型复合比下开挖面泥水压力时间序列；提出符号近似累积结合动态时间弯曲的开挖面泥水压力特征提取方法，通过特征聚类提取典型复合比地层条件下开挖面泥水压力波动特征，为盾构掘进参数调整提供参考，保障施工安全。
[0034](1)含泥岩复合地层泥水盾构开挖面泥水压力时间序列去噪；
[0035]含泥岩复合地层泥水盾构开挖面泥水压力数据，由盾构机PLC系统获得，针对某环盾构开挖面泥水压力时间序列，通过VMD算法来将序列分解为k个离散模态序列，最佳的分解层数k_optimal由DFA算法来确定，DFA 是计算非平稳时间序列长程相关性的指标，针对分解后的k个离散模态序列，计算原始序列和k个离散模态序列的标度指数h，通过标度指数h来确定最佳分解层数和去噪准则。
[0036]在k个离散模态序列中，通过DFA计算的h值不小于去噪准则的视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，其特征在于，所述方法具体如下：S1、获取当前环盾构开挖面的泥水压力时间序列S(t)，对当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)进行去噪，将去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S
denoised
(t)放入数据集中；S2、在进入下一环盾构掘进施工时，执行步骤S1；S3、在获取了盾构区间内所有环的盾构开挖面泥水压力时间序列(St)后，对数据集中的泥水压力时间序列S
denoised
(t)聚类，即获取盾构开挖面泥水压力时间序列的波动特征。2.如权利要求1所述含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，其特征在于，当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)的去噪方法具体如下：通过VMD算法来将序列S(t)分解为k个离散模态序列；通过DFA算法来确定最佳的分解层数k_optimal，获取最佳的分解层数k_optimal下的离散模态序列；基于去噪准则对最佳的分解层数k_optimal下的离散模态序列进行去噪。3.如权利要求2所述含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，其特征在于，分解层数k_optimal的确定公式具体如下：其中，h0为当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S(t)的标度指数，h
1:k
表示标度指数序列[h0,h1,...,h
k
]，h
k
为离散模态序列u
k
的标度指数，h
1:k
≥θ＝J表示标度指数序列[h0,h1,...,h
k
]大于标度指数阈值θ的标度指数个数等于J。4.如权利要求3所述含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法，其特征在于，去噪后的当前环盾构开挖面泥水压力时间序列S
denoised
(t)计算公式如下：u
j
(t)为S(t)在最佳分解层数K_optimal下分解后形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，章伟康，陈爱青，翟俊莅，王皓正，袁岽洋，
申请(专利权)人：浙江省交通运输科学研究院，
类型：发明
国别省市：