[发明专利]一种基于盾构数据的掘进状态调控方法

权利要求书

1.一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、收集盾构开始掘进推力增长段数据进行处理，获得掘进推力、掘进扭矩、抵抗推力和抵抗扭矩；

所述盾构开始掘进推力增长段数据为盾构开始掘进总推力增大时段内的掘进数据，所收集数据包括盾构总推力、总扭矩及时间；所述处理包括绘制盾构扭矩随总推力变化的曲线图(如图1)，所述抵抗推力为对盾构扭矩无贡献的部分推力，抵抗扭矩为不随盾构推力增大的部分扭矩，所述掘进推力为导致盾构扭矩增大的推力，所述掘进扭矩为因盾构推力增大而产生的扭矩。

S2、对比上一环抵抗推力或其建议值，评价地层稳定性并调控土仓压力；

S3、盾构正常掘进时，实时处理盾构掘进数据，获得盾构贯入指数、刀盘扭矩系数和螺机扭矩系数的盾构掘进状态指标实时值，完善盾构掘进数据库；

所述盾构正常掘进为盾构开始掘进后推力不再增大并稳定在一定范围的掘进状态，所述盾构贯入指数为掘进推力与掘进速度的比值，所述刀盘扭矩系数为掘进扭矩与掘进推力的比值，所述螺机扭矩系数为螺机扭矩与转速的比值。

S4、实时分析盾构掘进状态，判断刀具磨损、结泥饼等施工风险；

根据盾构贯入指数的大小判断地层强度以及刀具对当前地层的切削能力，根据刀盘扭矩系数的大小判断当前掘进地层强度或黏附属性，根据螺机扭矩系数的大小及盾构出渣口渣土状态判断盾构渣土改良效果；将盾构贯入指数、刀盘扭矩系数和螺机扭矩系数的实时值对比上一环或相应参数建议值，实时分析地层属性以及渣土改良状态的变化，以评价当前刀具磨损或结泥饼等风险。

S5、采用渣土改良实时调控盾构掘进状态。

根据风险合理调控渣土改良参数，以使盾构掘进处于合理的状态。

S6、重复S1-S5步骤，直至盾构掘进结束。

2.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S2所述盾构抵抗推力建议值，为盾构试验段掘进过程中获得的相应地层的具有代表性的建议值或根据工程经验、理论分析及其他途径获得的建议值。

3.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S2所述评价地层稳定性为通过本环抵抗推力或抵抗推力与埋深的比值与相应建议值间的差异性评价，当本环抵抗推力或抵抗推力与地层埋深之比大于相应建议值时，说明地层稳定性较差，需要较大的支护力，否则相反。

4.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S3所述实时处理盾构掘进数据，为盾构实时总推力减去抵抗推力以获得实时掘进推力，盾构实时总扭矩减去抵抗扭矩以获得实时掘进扭矩，并收集螺旋输送机扭矩和转速。

5.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S3所述完善盾构掘进数据库，为综合各工程盾构掘进数据的数据库，数据库所记录数据包括：盾构参数、地层参数及盾构掘进状态；所述盾构机参数包括盾构机型号、结构、尺寸、重量、管片宽度等，所述地层参数包括地层类型及参数、富水情况，隧道埋深等，所述盾构掘进状态包括盾构贯入指数、刀盘扭矩系数、螺机扭矩系数、盾构掘进数据、渣土坍落度；所述数据库能统计出各盾构掘进状态的代表值，如剔除异常值后的均值，当盾构在相应地层中以相同盾构参数掘进时，可通过数据库进行盾构掘进代表性状态查询，并可将各指标作为该盾构掘进状态的建议值。

6.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S4所述实时分析盾构掘进状态，为通过对比盾构掘进状态指标与建议值的相对大小，以判断各风险的大小，如盾构贯入指数大于建议值的10％，则说明地层强度增大，刀盘扭矩系数增大，则说明地层可切削性下降，螺机扭矩系数增大，则说明盾构出渣困难。

7.按照权利要求1所述的一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其特征在于，步骤S4所述判断刀具磨损、结泥饼等施工风险，当盾构贯入指数大于建议值的阈值时，则说明地层强度较大，刀具有较大磨损风险；当刀盘扭矩系数大于建议值的阈值且穿越地层为黏土地层时，则说明地层黏附性较大，盾构有较大结泥饼风险。