[发明专利]基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法

说明书

本公开提供了一种基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法，属于隧道掘进机施工技术领域，包括以下步骤：获取岩体参数数据；以获取的岩体参数数据为预设施工成本计算模型的输入，通过插值拟合得到施工成本最小时的刀盘推力和刀盘扭矩；其中，预设施工成本计算模型包括TBM掘进速度预测模型和TBM滚刀寿命预测模型；本公开结合TBM掘进速度预测模型以及滚刀寿命预测模型，建立了TBM主要操作参数与施工成本的关系，从而获得了施工成本最优的主要操作参数。

技术领域

本公开涉及隧道掘进机施工技术领域，特别涉及一种基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

隧道建设在我国公路、铁路、水利水电以及市政基础设施建设中占据重要的地位。隧道全断面岩石掘进机(TBM，Tunnel Boring Machine)因其具有掘进效率高、对围岩扰动小、成洞质量高、安全性好、机械自动化和信息化程度高等特点，在深埋长大隧道建设方面得到了较为广泛的应用。在实际施工中，当TBM遇到软硬交替、高磨蚀性硬岩以及不良地质发育的地层时，常常出现TBM滚刀磨损严重、掘进效率低等问题，导致施工成本剧增甚至发生机器异常损毁等事故。而导致这些问题的主要原因之一在于TBM推力、扭矩等主要操作参数难以及时优化调整以适应掘进面前方的岩体条件变化。而掘进速度和滚刀寿命等参数决定着TBM设备的运行成本及施工效率，是隧道施工效率和效益的重要指标。因此，开展基于掘进速度和刀具消耗最优的TBM主要操作参数的合理优化方法研究，对于破解TBM掘进效率和施工成本难控的关键问题、保障TBM安全高效掘进具有重要的意义。

然而，本公开发明人发现，对于目前TBM主要操作参数的优化方面的研究，具体来说具有以下不足：

(1)岩渣作为TBM岩机相互作用的产物，其对于TBM掘进的具有很重要的指导价值，但岩渣所包含的信息在当前的TBM主要操作参数优化中却没有得到充分的重视和利用；

(2)在刀具消耗研究方面，现有研究更多的是考虑岩体参数对滚刀寿命的影响，很少考虑到TBM是主要操作参数对其的影响；

(3)现有研究中主要以单一TBM主控参数作为优化目标，很少将多个目标参数相结合进行优化，且没有将掘进速度与刀具消耗同时作为约束条件来对TBM主要操作参数进行优化。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法，结合TBM掘进速度预测模型以及滚刀寿命预测模型，建立了TBM主要操作参数与施工成本的关系，从而获得了施工成本最优的主要操作参数。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法。

一种基于掘进速度与刀具消耗最优的TBM操作参数优化方法，包括以下步骤：

获取岩体参数数据；

以获取的岩体参数数据为预设施工成本计算模型的输入，通过插值拟合得到施工成本最小时的刀盘推力和刀盘扭矩；

其中，预设施工成本计算模型包括TBM掘进速度预测模型和TBM滚刀寿命预测模型。

作为可能的一些实现方式，所述岩体参数数据包括围岩等级、单轴抗压强度、岩石质量指标、磨蚀性指数、石英含量和岩渣形态。

作为进一步的限定，所述岩渣形态包括岩块、岩片和岩粒，通过四个类别进行标定，具体为：岩粒；岩粒和岩片；岩粒和岩块；岩粒、岩片和岩块。