[发明专利]一种基于盾构数据的掘进状态调控方法

说明书

本发明公开了一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，所述方法包括以下步骤：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；对比上一环或试验段盾构抵抗推力建议值，评价地层稳定性并调控土仓压力；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，并实时分析盾构掘进状态，监测和判断刀具磨损、结泥饼等施工风险，同时采用渣土改良实时调控盾构掘进状态。

技术领域

本发明涉及全断面隧道掘进机施工控制技术领域，具体涉及一种基于盾构数据的掘进状态调控方法。

背景技术

随着地下与空间工程的不断发展，盾构法被广泛应用于隧道的修建并被不断完善，多种盾构工法如双模盾构等的出现使得盾构的地层适应性不断增多，而掘进参数是反馈盾构掘进状态的重要指标，然而掘进参数间具有复杂的关联性，如盾构推力的增大将导致盾构扭矩的增大以及盾构掘进速度的增大，螺旋输送机转速的增大将导致排土能耗增大，螺旋输送机扭矩增大等，因此单个掘进参数对盾构掘进状态的评价将不具备代表性，对单个参数的调控也将不能充分调整盾构掘进状态，如盾构扭矩的减小可能是因为盾构渣土改良效果变好或者推力减小导致的。一个合理的盾构掘进状态评价方法将为盾构掘进精细化控制及渣土改良研究等提供理论基础，并具有重要意义。

根据已有研究或工程经验，我们可以将盾构总推力分为两部分，分别定义为抵抗推力与掘进推力，抵抗推力包括盾壳与地层的摩阻力、地层主动水土压力、盾尾与管片间的摩阻力以及后接台车的牵引阻力，其大小主要受盾构埋深和地层属性影响，埋深大或地层稳定性差则主动水土压力和盾壳侧面受到的土压力大，则盾构与地层间摩阻力也大；掘进推力则定义为除去抵抗推力后，盾构主动作用于掌子面上的力，其大小主要受刀盘刀具结构形式、地层强度、渣土改良状态和设定的推进速度有关。同理，盾构扭矩可分为抵抗扭矩和掘进扭矩，抵抗扭矩包括刀盘侧摩阻力、土仓渣土与刀盘面板间的摩擦扭矩、地层主动土压力产生的摩擦扭矩和搅拌棒搅拌扭矩。掘进扭矩为除去抵抗扭矩后的盾构扭矩，掘进扭矩主要受到掘进推力、刀盘结构形式、地层属性和渣土改良状态的影响。可见，由于消除了不必要因素的影响，掘进推力与掘进扭矩比总推力与总扭矩能更好反映盾构状态，依托掘进推力、掘进扭矩、抵抗推力和抵抗扭矩对盾构掘进状态进行评价也将具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，其能实现盾构精细化控制以及盾构掘进风险预测。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于盾构数据的掘进状态调控方法，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每环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；