[发明专利]应用等效岩体基本质量指标预测盾构掘进参数的定量方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用等效岩体基本质量指标预测掘进参数的定量方法，属于隧道工程的勘察、设计及施工技术领域。

背景技术

(1)盾构掘进复合地层，复杂地层掘进参数定量预测是一大工程难题。复杂地层中，均质地层与复合地层逐段分布，盾构掘进沿线地层物理、力学参数逐段相异，寻找适用于复杂地层的盾构掘进速率、刀盘扭矩的预测方法，对盾构掘进施工具有理论指导意义和参考价值。

(2)国内外目前盾构掘进速率、刀盘扭矩的预测方法主要有理论计算法与经验预测法。理论计算模型中关键参数需由特定试验获取，在复杂地层的工程应用中存在局限。经验预测法针对均质地层或某种复合地层，缺少预测模型在复杂地层中的适应性分析。

(3)中国发明专利(授权公告号CN 103870677 B，专利名称：一种掘进机的掘进参数设定方法)涉及一种大型掘进机械装备施工技术领域的方法，具体涉及一种硬岩掘进机施工过程中的驱动系统的掘进参数的设定。该发明根据围岩数据，利用效率预测模型，预测出后一段掘进的掘进效率；根据掘进效率与掘进参数之间的数学关系，计算出掘进系统的掘进参数，主要问题有：①掘进参数公式中均含有围岩参数，而围岩参数与围岩种类是相对应的，掘进参数是盾构机全断面掘进的参数，体现掌子面整体而非掌子面内各种地层与盾构机械设备的相互作用，导致该专利中相关结论难以在复合地层中进行应用；②掘进参数中的围岩参数过多，现行工程勘察水平难以满足相关公式应用要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了应用等效岩体基本质量指标预测掘进参数的定量方法，可用于定量预测不同地层盾构掘进参数，以提高盾构施工效率。

本发明是应用等效岩体基本质量指标预测掘进参数的定量方法，它包括以下步骤：

步骤1将隧道穿越地层组成相同且地质纵断面中地层分界线与隧道轴线近似平行的部分归为同一地质分段，并定义该地质分段的等效岩体基本质量指标BQ_E；

步骤2根据盾构掘进某一种地质分段时的掘进参数实测值，分别将各地质分段基本自变量即掘进参数n、P、F的一次幂，及n、P、F的若干次幂作为元素集，进行元素集间笛卡尔乘积运算，得到属于某地质分段的单项变量及二元复合变量集合{n,P,F,…,n^hP^jF^r}，作为多元回归分析的自变量集合；进行多元逐步线性回归运算，并剔除显著性水平大于0.05的自变量，得到分别独立属于各种地质分段的既有预测精度、又满足自变量的显著性要求的掘进速率预测模型和刀盘扭矩预测模型；

对各种地质分段重复步骤二中的计算过程，得到属于各种地质分段的掘进速率及刀盘扭矩预测模型；

步骤3按照共性提升原则，将分别属于各地质分段的掘进速率预测模型中相同的自变量抽出来，将它们线性组合形成预测不同地层掘进速率的通式，作为复杂地层掘进速率通用预测模型，

同样的，按照共性提升原则，将分别属于各地质分段的刀盘扭矩预测模型中相同的自变量抽出来，将它们线性组合形成预测不同地层掘进速率的通式，作为复杂地层刀盘扭矩通用预测模型；

步骤4分别计算不同地质分段掘进速率通用预测模型系数的离均差率MDR_l、不同地质分段刀盘扭矩通用预测模型系数的离均差率MDR_k；