[发明专利]盾构掘进控制系统及方法

权利要求书

1.一种盾构掘进控制系统，其特征在于，包括：

土仓压力控制值确定单元，用于计算目标地层的土仓压力值，并基于所述土仓压力值，确定当前掘进的土仓压力控制值；

在线监测单元，用于实时监测目标地层的特征信息值，所述特征信息值是盾构操作手在保持土仓压力控制值的情况下，按照当前掘进控制参数进行掘进操作时监测到的；

控制单元，用于根据所述特征信息值，获得掘进控制参数的调整值；根据掘进控制参数的调整值，调整当前掘进控制参数，直至所述特征信息达到稳定状态；

所述特征信息包括渣土改良特征信息、注浆质量特征信息、地面沉降特征信息和设备运行特征信息。

2.如权利要求1所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，土仓压力控制值确定单元包括土仓压力值计算单元，用于：

采用如下公式，计算目标地层的土仓压力值：

p＝kγh

其中，p为目标地层的土仓压力值，kPa；γ为目标地层的土体容重，kN/m³，h为目标地层的隧道埋深，m；k为静止土压力系数。

3.如权利要求1所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，土仓压力控制值确定单元包括修正单元，用于：

筛选出与目标地层同一类地层下的施工案例，建立案例库，所述案例库中的每个案例采用参数数组表示，所述参数数组包括岩土类别参数、隧道埋深参数、地下水位参数和土仓压力值参数；

基于目标地层的参数与案例库中的案例的参数数组，计算目标地层与案例库中每个案例的欧式距离，筛选出最小欧式距离；

计算目标地层与最小欧式距离对应的案例的相似度；

基于所述相似度，确定当前掘进土仓压力控制值。

4.如权利要求3所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，修正单元具体用于：

采用如下公式，计算目标地层与案例库中每个案例的欧式距离：

其中，DIS_i为目标地层与案例库中第i个案例的欧式距离；H为目标地层的地下水位；H_i为第i个案例的地下水位参数值；h为目标地层的隧道埋深；h_i为第i个案例的隧道埋深参数值；

采用如下公式，计算目标地层与最小欧式距离对应的案例的相似度：

其中，α为目标地层与最小欧式距离对应的案例的相似度；DIS_imin为最小欧式距离；

采用如下公式，基于所述相似度，确定当前掘进土仓压力控制值：

p′＝(p+p_imin)·α

其中，p′为当前掘进土仓压力控制值；p为目标地层的土仓压力值；p_imin为最小欧氏距离对应的案例的土仓压力值参数值。

5.如权利要求1所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，还包括安全控制单元，用于：生成安全控制参数；

所述盾构操作手在保持土仓压力控制值的情况下，按照当前掘进控制参数和安全控制参数进行掘进操作。

6.如权利要求5所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，所述安全控制参数包括但不限于扭矩限制值、推力限制值、掘进速度限制值和电机电流限制值；

所述安全控制参数是根据掘进操作的不同阶段的安全系数来确定的。

7.如权利要求1所述的盾构掘进控制系统，其特征在于，控制单元包括模糊逻辑控制单元和PID控制单元，其中，

模糊逻辑控制单元用于：根据所述特征信息值，通过控制规则获得掘进控制参数的调整值；根据掘进控制参数的调整值，基于PID控制单元调整当前掘进控制参数，直至所述特征信息达到稳定状态。