[发明专利]含泥岩复合地层盾构开挖面泥水压力波动特征提取方法

说明书

本发明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_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，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。

技术领域

本发明属于盾构隧道技术领域，更具体地，本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明是这样实现的，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：

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。

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：

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。

进一步的，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。

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：