基于TBM的通道一体隧洞连续施工方法及相关产品与流程

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法及相关产品。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快和地下空间资源的日益紧张，地下工程建设的规模和复杂性不断增加，对隧道施工技术的要求也日益提高。传统的隧道施工方法往往面临施工效率低、安全风险高、环境影响大等问题。特别是在复杂地质条件下，如何实现隧道施工的快速、安全和环保成为了一个亟需解决的技术难题。

2、tbm作为一种高效的隧道挖掘设备，因其施工速度快、对周边环境影响小、安全性高等优点，已广泛应用于各种隧道工程中。然而，由于tbm的结构和操作复杂性，其施工过程中的参数调整和优化、应对复杂地质条件的能力以及施工过程中数据的实时监测和处理等，仍然存在许多技术挑战。此外，隧道工程中往往需要施工多种不同功能和规格的隧道(如通风洞、交通洞等)，如何实现这些不同隧道的一体化、连续化施工，以提高施工效率和质量，也是当前隧道施工技术领域面临的一个重要问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，目的在于提供一种基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法及相关产品，采用具有可变径刀盘的tbm进行隧道挖掘，通过实时获取和处理隧道的岩体特征参数、tbm的环境检测数据和设备运行参数，进而在掘进参数预测模型的帮助下，实时优化设备掘进参数。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法，tbm具有可变径刀盘，所述施工方法包括：

4、通过tbm进行通风洞的挖掘施工，实时获取通风洞的岩体特征参数、tbm的环境检测数据、tbm的设备运行参数；

5、对岩体特征参数、环境检测数据和设备运行参数进行预处理，筛除其中的异常值；

6、将预处理后的岩体特征参数、环境检测数据和设备运行参数输入至掘进参数预测模型，获得在通风洞内对设备掘进参数；

7、根据岩体特征参数、环境检测数据和设备运行参数实时更新设备掘进参数，并将通风洞连通至厂房顶层中导洞平洞；

8、在厂房顶层中导洞平洞内对tbm停机，并对tbm的可变径刀盘进行变径操作，使tbm的可变径刀盘变径至符合交通洞的挖掘条件；

9、获取交通洞的岩体特征参数、tbm的环境检测数据、tbm的设备运行参数；

10、将预处理后的岩体特征参数、环境检测数据和设备运行参数输入至掘进参数预测模型，获得在交通洞内对设备掘进参数；

11、根据岩体特征参数、环境检测数据和设备运行参数实时更新设备掘进参数，对交通洞进行挖掘，直至完成通道一体连续掘进施工。

12、具体地，对数据进行预处理的方法包括：

13、按照时间序列获取数据列，x(t)＝(x(t1)，x(t2)，…，x(tn))，其中，x(ti)为ti时刻记录的数据，1≤i≤n；

14、设置分割步长为1，采用长度为w的滑动窗口将x(t)进行等长分割，获得(n-w)+1个长度为w的子时间序列xj，1≤j≤n-w+1；

15、计算获得各个子时间序列的斜率置信区间半径，并确定含有异常值的子时间序列xy；

16、计算含有异常值的子时间序列xy中点p到点o的第k可达距离，其中，ko为点o的k-临近距离，n为子时间序列中数据点的维度，pi为点p的第i个维度，oi为点o的第i个维度，p,o∈xy；

17、计算含有异常值的子时间序列xy中点o到点p的第k可达距离，其中，kp为点p的k-临近距离；

18、计算点p的局部可达密度其中，为到点p的距离小于kp的点的集合；

19、计算点o的局部可达密度其中，为到点o的距离小于ko的点的集合；

20、计算点p的局部离群因子

21、设定离群阈值ρ，若lof(p)>σ，则证明点p为异常值；否则，点p为正常值。

22、可选地，离群阈值ρ的设定方法包括：选取局部离群因子的最大值lofmax,并将作为离群阈值，v>1为设定的阈值精度系数。

23、具体地，获取含有异常值的子时间序列的方法包括：

24、计算第j个子时间序列中任意两个临近数据点之间的斜率，

25、计算第j个子时间序列斜率的均值和均方差

26、获得第j个子时间序列斜率的置信区间半径其中，z为满足(0,1)的正态分布随机变量，α为置信水平；

27、设定异常阈值γ，若dj>γ，则判定第j个子时间序列中存在异常值；若dj≤γ，则判定第j个子时间序列中不存在异常值。

28、可选地，掘进参数预测模型的获得方法包括：

29、获取原始数据集，并对原始数据集进行样本扩充处理，获得a多个伪数据集和测试集；

30、利用a个伪数据集分别训练a个svr模型；

31、将测试集输入训练完成的svr模型，获得a个预测的设备掘进参数；

32、计算测试集的a个预测数据的数据平均值和系统误差方差其中，xi为数据点，tl(xi)为第l个svr模型在xi的实际值；

33、针对每一个svr模型，对于测试集中点每个数据点xi，计算平方残差并构造平方残差数据集其中，i＝1,2…b，fi为模型预测值，ti为实际值；

34、计算所有svr模型的随机误差方差其中，dtest为测试集中数据点的数量，为数据点xi的随机误差方差；

35、设定模型选择阈值η，选取ca<η的svr模型，并对所选的模型进行堆叠融合，获得最终的掘进参数预测模型。

36、可选地，伪数据集的获取方法包括：

37、将原始数据集d划分为训练集d1和测试集d2，并从训练集d1中有放回的等概率抽样，得到与训练集d1的输入输出向量组个数相同的伪数据集；

38、重复a次，直至获得a个伪数据集；

39、可选地，随机误差方差的估计表达式为：其中，φ为模型参数的数量。

40、一种基于tbm的通道一体隧洞连续施工终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法。

41、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法。

42、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述基于tbm的通道一体隧洞连续施工方法。

43、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

44、本发明采用具有可变径刀盘的tbm进行隧道挖掘，通过实时获取和处理通风洞及交通洞的岩体特征参数、tbm的环境检测数据和设备运行参数，进而在掘进参数预测模型的帮助下，实时优化设备掘进参数。

45、通过实时监测和优化tbm的掘进参数，结合可变径刀盘技术的应用，能够快速适应不同规格隧道的施工需求，实现通风洞与交通洞等不同功能隧道的一体化、连续化施工，从而大幅提高整体施工效率。

46、通过实时获取岩体特征参数和tbm的运行环境数据，利用先进的数据预处理方法及掘进参数预测模型，能够有效预测和应对复杂地质条件下的施工风险，降低安全事故的发生率，确保施工过程的安全性。

47、通过对施工数据的实时监测和分析，本发明能够及时调整施工策略和参数，优化施工过程，从而保证了隧道工程的质量和稳定性，减少了后期维护和修复的成本和难度。

48、本发明的施工方法不仅适用于城市地下交通等领域的隧道工程，也能够广泛应用于水利水电、城市综合管廊等多种工程建设领域，具有很强的技术普适性和应用前景。