[发明专利]应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法

说明书

本发明涉及应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，属地下隧道工程施工技术领域。为定量预测盾构机掘进复合地层时不同刀位的滚刀磨损量，以滚刀磨损的逐刀量测及相应的破岩体积的分层统计为基础，将位置各异的滚刀磨损比耗指数SWI(单位破岩体积对应的滚刀磨损增加量)按地层分类统计，得到适用于均质地层的SWI预测方程。SWI同时考虑磨损量与滚刀安装位置、掘进距离的关系，物理意义明确，SWI预测方程预测精度高。根据SWI预测方程系数与岩性的相关性，提出了应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法。本发明基于工程勘察资料，方法合理，步骤明确，有利于科学编制预算、合理安排换刀时机、提高盾构掘进效率，具有重要的理论意义与实用价值。

技术领域

本发明涉及应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，属于地下隧道工程的施工技术领域。

背景技术

盾构掘进高强度复合地层，工程面临的最大风险是掘进速率缓慢或掘进困难，且刀具磨损严重。刀具磨损已经成为一个影响工程进度及成本的关键问题。刀具的完善性及刀具的磨损状态判断是盾构掘进中的关键因素，如何准确地定量预测滚刀的磨损量并判断磨损状态，对盾构高效掘进至关重要。准确预测盘形滚刀磨损量，对提高盾构施工效益有重要意义。目前国内外滚刀磨损预测方法可归为两大技术路径：力学分析法及经验预测法。力学模型中的关键系数受试验条件及岩体性质影响显著，在复合地层滚刀磨损预测应用中存在局限。经验预测法，对地层分布在滚刀轨迹、掘进方向上的区分不足，影响其在岩层分布多变的复合地层中的适用性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法。

本发明是应用磨损比耗指数预测滚刀磨损量的分层求和法，它包括以下步骤：

步骤一：统计由盾构机自动记录的盾构掘进每环的掘进参数平均值；

步骤二：进行滚刀刀圈的磨损量量测，分别记录在每次开仓检查或换刀时的各滚刀磨损增加量δ^Ω_i-l-j，滚刀破岩地层为复合地层时记为δ^Δ_i-l-j；

步骤三：计算并记录下掘进过程中不同滚刀掘进每一环中各地层的破岩体积；

步骤四：计算磨损比耗指数SWI(specific wear index)；

步骤五：将位置各异的滚刀的磨损增加量δ^Ω_i-l-j按掘进地层重新分类统计，作为回归分析样本，将同种地层中的SWI所对应的掘进参数集合、SWI所对应的掘进参数的若干次幂作为元素集，进行元素集间笛卡尔乘积运算，得到属于同种地层SWI的单项变量及二元复合变量集合，作为多元回归分析的自变量集；

步骤六：对滚刀掘进各种均质地层的SWI样本及相应自变量集元素进行多元逐步线性回归运算，得到分别独立属于各种均质地层的SWI与掘进参数间的高阶多项式函数关系，按照共性提升原则，将属于不同均质地层的SWI与掘进参数间的高阶多项式函数关系中相同的自变量抽出来，将它们线性组合，作为预测均质地层滚刀SWI的通式，即SWI预测方程；

步骤七：计算属于不同地层的SWI预测方程诸系数的离均差率MDR_a、MDR_b、MDR_c、MDR_k；

步骤八：根据勘察报告，了解掘进地层的分布情况；如果掘进地层是复合地层，也就是说掌子面由若干个地层组合而成，就根据地层参数，从而确定了掌子面里面每一个地层的BQ值或[BQ]值；