專利名稱：基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法。
背景技術：
盾構法是建造城市地下隧道卓有成效的施工方法之一，在我國城市現(xiàn)代化進程中發(fā)揮重要作用。近年來，我國大中城市盾構施工發(fā)展較快，先后有幾十條隧道工程陸續(xù)開工。土壓平衡盾構因其適用范圍廣、成本低而在含水的軟土、軟巖、硬巖及混合地層等隧道掘進中等到廣泛應用。

圖1顯示了盾構發(fā)施工的基本工藝流程。土壓平衡盾構機利用最前端的刀盤切削前方土體。切削下來的土與水的混合物通過孔道進入土艙。在土艙內(nèi)的土、水混合物逐漸積累形成一定的支護壓力。螺旋排土器從土艙底部將土艙內(nèi)下部的土水混合物排除。在掘進過程中，如土艙內(nèi)的水土混合物壓力過高且無法產(chǎn)生支護壓力，大量的水夾帶泥沙從螺旋排土器涌出形成噴涌，甚至形成管道垮塌，地面塌陷等問題，嚴重影響盾構正常施工。為解決這一問題，需要向土艙內(nèi)添加泡沫及膨潤土，以改良土性，保持水土混合物的塑性流動狀態(tài)。但是添加的劑量及時間難以把握，受水土混合物狀態(tài)及盾構施工狀態(tài)的影響。目前的施工狀態(tài)是，人工分析掘進參數(shù)，形成對土體改良的判斷并以人的施工經(jīng)驗指導土艙內(nèi)土體的改性作業(yè)。這樣做的缺點是1、人工分析延遲時間較長，不利于盾構掘進過程的快速應變。2、人工經(jīng)驗誤差較大，不能準確判斷施工風險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法。基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法中，混合多模型是由基于勘探信息與施工數(shù)據(jù)的土質(zhì)軟測量模型、基于數(shù)據(jù)驅動的滲流量軟測量模型、基于數(shù)據(jù)驅動的滲透系數(shù)軟測量模型和基于機理的噴涌工況軟測量模型構成，其中土質(zhì)軟測量模型、滲流量軟測量模型、滲透系數(shù)軟測量模型是噴涌工況軟測量模型的輸入；建模方法的具體步驟如下1)選擇推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、刀盤推力、在土組群為CLX、CLY、CLz或CLa 的不同土組中，包含特定地層A與土層X、Y和Z四種土層的聯(lián)合分布土組數(shù)量、在土組群為CLX、CLY、CLz或CLa的不同土組中，僅包含土層X、Y和Z的聯(lián)合分布的土組數(shù)量 N(J)BHi、隧道軸線上一點T(tx，ty，tz)到附近地質(zhì)鉆孔BHi處的水平投影距離、土的相關參數(shù)作為輔助變量，根據(jù)地質(zhì)勘探信息計算出特定點處土層的隨機分布概率，進而利用置信規(guī)則庫方法，建立基于勘探信息與施工數(shù)據(jù)的土質(zhì)軟測量模型，土的相關參數(shù)是指土的定容比熱、過篩重量占10%的土的粒徑、土的初始滲流系數(shù)、土的初始壓力、土的壓縮系數(shù)、土的容重、土的不均勻系數(shù)、土的塑性指數(shù)、土的液限、土的初始孔隙比；幻選擇土比熱、刀盤轉速、刀盤扭矩、土艙壓力、推力、推進速度、土艙溫度、螺旋排土器轉速作為輔助變量，利用支持向量機方法，建立基于數(shù)據(jù)驅動的滲流量軟測量模型；選擇土艙壓力、初始孔隙比、土壓縮系數(shù)、初始土壓力、過篩重量占10%的土的粒徑、初始滲透系數(shù)作為輔助變量，利用支持向量機方法，建立基于數(shù)據(jù)驅動的滲透系數(shù)軟測量模型；3)選擇滲透系數(shù)、滲流量、過篩重量占10%的土的粒徑、土重度作為簡化機理模型的輸入，建立噴涌工況的軟測量模型。所述的步驟3)為1)根據(jù)滲流量和滲透系數(shù)計算滲流壓力P = ^^，其中K為滲透系數(shù)，A為土艙
k-a
截面積，Q為滲流量，(V為過篩重量占10%的土的粒徑；
jrd ’32)根據(jù)土粒徑、土容重計算土顆粒在水中重度
權利要求
1.一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法，其特征在于混合多模型是由基于勘探信息與施工數(shù)據(jù)的土質(zhì)軟測量模型、基于數(shù)據(jù)驅動的滲流量軟測量模型、基于數(shù)據(jù)驅動的滲透系數(shù)軟測量模型和基于機理的噴涌工況軟測量模型構成，其中土質(zhì)軟測量模型、滲流量軟測量模型、滲透系數(shù)軟測量模型是噴涌工況模型的輸入；建模方法的具體步驟如下1)選擇推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、刀盤推力、在土組群為CLX、CLY、CLz或CLa的不同土組中，包含特定地層A與土層X、Y和Z四種土層的聯(lián)合分布土組數(shù)量在土組群為CLX、CLY、CLZ或CLa的不同土組中，僅包含土層X、Y和Z的聯(lián)合分布的土組數(shù)量、隧道軸線上一點T (tx，ty，tz)到附近地質(zhì)鉆孔BHi處的水平投影距離、土的相關參數(shù)作為輔助變量，根據(jù)地質(zhì)勘探信息計算出特定點處土層的隨機分布概率，進而利用置信規(guī)則庫方法，建立基于勘探信息與施工數(shù)據(jù)的土質(zhì)軟測量模型，土的相關參數(shù)是指土的定容比熱、過篩重量占10%的土的粒徑、土的初始滲流系數(shù)、土的初始壓力、土的壓縮系數(shù)、土的容重、土的不均勻系數(shù)、土的塑性指數(shù)、土的液限、土的初始孔隙比；2)選擇土比熱、刀盤轉速、刀盤扭矩、土艙壓力、推力、推進速度、土艙溫度、螺旋排土器轉速作為輔助變量，利用支持向量機方法，建立基于數(shù)據(jù)驅動的滲流量軟測量模型；選擇土艙壓力、初始孔隙比、土壓縮系數(shù)、初始土壓力、過篩重量占10%的土的粒徑、初始滲透系數(shù)作為輔助變量，利用支持向量機方法，建立基于數(shù)據(jù)驅動的滲透系數(shù)軟測量模型；3)選擇滲透系數(shù)、滲流量、過篩重量占10%的土的粒徑、土重度作為簡化機理模型的輸入，建立噴涌工況的軟測量模型。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法，其特征在于所述的步驟幻為1)根據(jù)滲流量和滲透系數(shù)計算滲流壓力P= ，其中K為滲透系數(shù)，A為土艙截面K-A積，Q為滲流量，d1(/為過篩重量占10%的土的粒徑；jrd ’32)根據(jù)土粒徑、土容重計算土顆粒在水中重度G= ▲。(rs _ ’其中γ s為土體容重，Y為水的容重，d1(/為過篩重量占10%的土的粒徑；3)噴涌工況的判斷如果滲流壓力P大于土體自重G或在土體自重附近則極易發(fā)生噴涌，如果滲流壓力P 遠小于土體自重G則不易發(fā)生噴涌。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法，其特征在于所述的步驟1)中所利用置信規(guī)則庫方法為根據(jù)訓練數(shù)據(jù){(Xi，Yi), i = 1,2,…，1}，建立如下形式的土質(zhì)參數(shù)規(guī)則庫模型 Hk+.W ^ Λ 戌 Λ…THEN Ak)(D2l, D,…,(A ，規(guī)則權重為θ kok e {1，…，L}其中< (i e {1，…，Tk})是第k條規(guī)則的第i個輸入變量的參考值，Tk是第k條規(guī)則中用到的前提屬性的數(shù)目，e {1，…，N})是第k條規(guī)則的第j種結果，&是1^的置信度，L是規(guī)則庫中規(guī)則的數(shù)目，規(guī)則權重θ k及輸出結果為Djk的置信程度歹,由施工記錄的訓練樣本給出。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法，其特征在于所述的步驟幻中支持向量機方法為給定訓練數(shù)據(jù)Kxi, Yi), i = 1,2,…，1}，通過學習得到如下非線性模型/(χ)= X足+ δ，其中足
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于混合多模型的盾構掘進過程中噴涌工況軟測量建模方法?；旌隙嗄Ｐ褪怯?1)利用置信規(guī)則庫方法建立數(shù)據(jù)驅動的基于勘探信息與施工數(shù)據(jù)的土質(zhì)軟測量模型、(2)利用支持向量機方法建立數(shù)據(jù)驅動的滲流量軟測量模型、(3)利用支持向量機方法建立數(shù)據(jù)驅動的滲透系數(shù)模型和(4)利用簡化機理建立的噴涌工況軟測量模型構成。其中土質(zhì)軟測量模型、滲流量軟測量模型、滲透系數(shù)軟測量模型是噴涌工況軟測量模型的輸入。本發(fā)明的優(yōu)點采用機理建模與數(shù)據(jù)驅動建模相結合的混合建模方法，所建模型簡單、可解釋性強，可靠性高，外推性好。
文檔編號G06F17/50GK102243672SQ201110169158
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者李修亮, 江俊杰, 蘇宏業(yè) 申請人:浙江大學