[发明专利]一种用盾构实时掘进参数来识别确定地层特性的方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于盾构实时掘进参数的地层特性确定方法，先收集盾构法隧道施工前的勘察报告并对地层情况进行预分类，同时对盾构机实时收集的参数进行去除空白值和异常值处理、光滑性处理、二次变换为FPI与TPI指数和标准化处理。再将处理完成的指数绘制成二维平面图，判断是否产生新的地层类型并更新地层类别数量为K。然后将标准化后的参数输入到K－Means算法中，选取K个聚类中心并按照最短距离法进行划分地层类型，再重新计算划分好的类别中心点的位置，计算平方误差并使其最小，最后输出对应参数确定的地层类型。本发明能够有效地确定盾构机穿越的地层类型，指导盾构机的掘进参数设置，提高盾构掘进的安全性。

技术领域

本发明涉及地质勘察技术领域，尤其涉及一种用盾构实时掘进参数来识别确定地层特性的方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通系统不断发展，安全、高效的盾构法隧道施工技术在城市地铁修建中得到广泛应用。目前，盾构法施工依靠人工根据地层条件设置盾构掘进参数。土性参数主要依靠地质勘察报告获取，然而，通过地质勘察孔取土进行测试仅能得到取土孔处的土性参数，无法获得盾构掘进区间范围内地层特性。盾构掘进过程中仅能凭借盾构操作人员的经验设置盾构掘进参数，无法精准地根据地层特性设置掘进参数，从而可能由于盾构掘进参数与地层条件不匹配而导致地面塌陷或隆起等。因此，实时确定盾构机掘进前方地层类型具有重要意义。

根据不同地层条件设置盾构掘进参数对盾构机安全、高效地掘进具有重大意义。刘建国于2012年在《隧道建设》上发表的《深圳地铁盾构隧道施工技术与经验》中强调了不同的地质类型对盾构机参数的设置有重大的影响。目前在对盾构隧道确定地层信息的相关技术中，仍广泛采用野外钻探及原位测试等地质勘察方法，但其仅能粗略获得隧道施工区域的地层类型，无法保证盾构的顺利掘进。因此，为了保证盾构机安全、高效地进行掘进，有必要提出一种用盾构实时掘进参数来识别确定地层特性的方法。

近似方案及其缺点：经过对现有技术文献检索发现，申请号为CN201710791902.5，授权号为CN107676100B，专利名称为：基于盾构掘进参数的不良地层预测方法，该方法利用盾构掘进比能的方式判断盾构机前方地层是否存在孤石，从而提前对孤石进行处理，避免了孤石对盾构刀盘的损坏。但是，该方法仅能用于对盾构机前方地层中的孤石进行确定，无法实时确定盾构掘进前方的地层类型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用盾构实时掘进参数来识别确定地层特性的方法。可根据盾构掘进的实时参数确定盾构机前方对应掘进区域的地层类型与特性，从而更好地指导盾构机的参数设置，显著的提高了盾构的施工效率，保证了盾构掘进的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用盾构实时掘进参数来识别确定地层特性的方法，包括以下步骤：

S1：收集地质勘察报告资料并确定预分类地层类型；

S2：收集盾构掘进实时参数并进行参数预处理，计算单位盾构掘进距离对应的地层分类指标，所述地层分类指标包括FPI与TPI；

S3：将所述预分类地层类型映射至FPI与TPI空间，并将盾构掘进区域对应FPI与TPI绘制在所述FPI与TPI空间中，判断是否出现新的地层类型并确定地层类型数量K；

S4：将所述FPI与TPI输入到改进的K-Means分类算法中，采用轮盘法选取K个聚类中心，计算每个FPI与TPI构成的坐标点到聚类中心距离并划分类别，重新计算分类中心并判断平方误差函数是否最小；

S5：输出确定的地层类型，根据确定的地层类型判断盾构掘进的难易程度并设置盾构掘进参数，掘进完成后，根据传感器反馈的实时掘进参数进行下一时刻地层类型地确定。

其中，所述S1中确定预分类地层类型为将隧道施工区间的土层进行预先分类，得到地层类别及其数量K₀。