[发明专利]一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法

说明书

本发明公开了一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法，包括以下步骤：一、划分滚刀磨损等级；二、建立复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集并对评价指标集中二级评价指标参数进行分段；三、确定一级评价指标和二级评价指标的权重；四、确定每个一级评价指标的模糊矩阵；五、一级模糊评判获取一级评价指标隶属度；六、二级模糊评判获取磨损等级隶属度；七、计算磨损等级隶属度的有效性；八、判断有效性α是否不小于0.5；九、确定当前滚刀磨损等级；十、控制滚刀换刀。本发明能够在不进入盾构土仓的情况下，判断滚刀在不同掘进距离下的磨损程度，为盾构机施工的换刀时机提供参考，换刀及时，避免损害刀盘而影响施工进度。

技术领域

本发明属于盾构机滚刀换刀控制技术领域，具体涉及一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法。

背景技术

盾构法以其安全、可靠和高效等优势成为当下隧道建设的主要施工方式，但盾构刀具的严重磨损问题和磨损程度评估问题一直是盾构法施工的难点。特别是在复合地层中，经常发生滚刀偏磨或刀崩等非正常磨损现象，刀具极易磨损至失效状态。

在盾构隧道施工过程中，滚刀一方面随着刀盘的公转，另一方面绕着刀轴自转并对岩石进行挤压破岩。磨损主要是由于滚刀与岩石的摩擦导致的，按照磨损机理可将磨损的形式分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及冲击磨损。由于滚刀在破岩过程中开挖面环境的复杂性，滚刀磨损往往是由多种磨损形式共同作用。随着盾构机的掘进，滚刀会逐渐磨损至失效状态。

盾构滚刀的失效形式以滚刀磨损超过磨损限值为主，还有滚刀密封失效、轴承断裂和漏油、刀体磨损等形式。依据滚刀磨损的形态特征和磨损程度一般将其分为均匀磨损和非均匀磨损，非均匀磨损又可分为刀圈偏磨和刀圈崩裂等。影响滚刀磨损程度的原因有很多，如地质因素、施工控制参数因素、刀盘形式与刀具组合因素、刀具结构及材料因素等。

目前国内外学者基于滚刀磨损理论和盾构掘进参数对刀具磨损状态的研究虽已取得了许多成果，但影响滚刀磨损的因素多样而复杂，只凭借单一因素仍不能全面评判滚刀磨损程度，实际情况中滚刀磨损受多种因素交错和重叠的影响，滚刀换刀需停机操作，滚刀换刀过早影响施工效率，延误施工工期，滚刀换刀过晚会导致破岩效率降低、刀盘磨损甚至停机整修，严重影响施工进度，增加施工成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法，以滚刀磨损程度为评价目标建立四个磨损风险等级，通过综合分析复合地层下影响滚刀磨损程度的因素，建立包含五大类多个子项的复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集，并结合模糊数学理论，建立以滚刀磨损程度为目标层的两级模糊层次评判模型，根据盾构机掘进过程中收集的实测数据，从而判断滚刀磨损的程度，进而给出是否换刀指示信息，能够在不进入盾构土仓的情况下，判断滚刀在不同掘进距离下的磨损程度，为盾构机施工的换刀时机提供参考，换刀及时，避免损害刀盘而影响施工进度，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合地层中盾构机滚刀换刀控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、划分滚刀磨损等级：设置滚刀磨损警戒值，当滚刀磨损量未达到磨损警戒值的一半时，该状态为滚刀少量磨损，将滚刀少量磨损视为一级磨损等级；

当滚刀磨损量超过磨损警戒值的一半且未达到磨损警戒值时，该状态为滚刀一般磨损，将滚刀一般磨损视为二级磨损等级；

当滚刀磨损量达到磨损警戒值时，该状态为滚刀显著磨损，将滚刀显著磨损视为三级磨损等级；

当滚刀磨损量超过磨损警戒值时，该状态为滚刀严重磨损，将滚刀严重磨损视为四级磨损等级；

步骤二、建立复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集并对评价指标集中二级评价指标参数进行分段：建立复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集，所述复合地层中滚刀磨损关键影响因素评价指标集包括多个一级评价指标，每个一级评价指标中包括一个或多个二级评价指标；