隧道掘进机TBM卡机风险的识别方法及装置与流程

本发明涉及tbm隧道开挖，特别涉及一种隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法及装置。

背景技术：

1、近年来，随着我国基础设施建设不断向西南、西北等地区发展，一大批公路、铁路、水利隧道（洞）正处于拟建或者在建状态中，其中，相当一部分是深埋长大隧道（洞），综合考虑施工效率和经济性等原则，tbm(tunnel boring machine，隧道掘进机)施工成为了这些隧道（洞）的首选施工方法。

2、目前，在tbm施工深埋长隧道（洞）过程中，由于掌子面前方围岩被刀盘遮挡，难以实施有效的掌子面素描工作；同时受tbm隧道（洞）内狭小的作业空间、复杂的电磁干扰以及作业时间窗口短等因素的影响，相关物探设备难以达到其理想的探测精度；主司机驾驶tbm过程中主要根据其经验确定掘进参数的取值，往往与地质条件匹配性较差，对地层干扰较大。

3、因此，相关技术中的单纯数据驱动模型适应性差，以及单纯物理模型预测精度低，难以准确判断前方围岩卡机风险，增加在掘进过程中由于tbm对地层干扰过大造成的卡机事故，从而造成了严重的经济损失，降低隧道掘进的高效性和安全性，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法及装置，以解决相关技术中的单纯数据驱动模型适应性差，以及单纯物理模型预测精度低，难以准确判断前方围岩卡机风险，增加在掘进过程中由于tbm对地层干扰过大造成的卡机事故，从而造成了严重的经济损失，降低隧道掘进的高效性和安全性问题。

2、本发明第一方面实施例提供一种隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法，包括以下步骤：基于预先构建的满足第一预设条件的物理驱动卡机判识模型，获取物理驱动卡机风险等级；基于预先构建的满足第二预设条件的信息驱动卡机判识模型，获取信息驱动卡机风险等级；对所述物理驱动卡机风险等级和所述信息驱动卡机风险等级进行集成融合处理，以构建物理-信息双驱动隧道掘进机tbm卡机风险超前判识模型；基于所述物理-信息双驱动tbm卡机风险超前判识模型，判识目标隧道段的目标卡机风险隧道段和目标正常围岩隧道段，根据tbm掘进参数分别对所述目标卡机风险隧道段和所述目标正常围岩隧道段生成满足预设安全及高效要求的掘进方式。

3、可选地，在本发明的一个实施例中，所述基于预先构建的满足第一预设条件的物理驱动卡机判识模型，获取物理驱动卡机风险等级，包括：构建tbm掘进参数-围岩参数映射模型，并根据所述tbm掘进参数-围岩参数映射模型确定岩-机参数动态交互机制；基于所述tbm掘进参数-围岩参数映射模型、所述岩-机参数动态交互机制和所述tbm掘进参数反演当前围岩参数，并根据所述当前围岩参数和目标tbm隧洞围岩分级方式获取当前围岩等级；获取每个围岩等级的目标安全阈值，利用所述目标安全阈值构建tbm围岩扰动界限的约束方程，以利用所述约束方程构建所述物理驱动卡机判识模型，并基于所述物理驱动卡机判识模型，获取所述物理驱动卡机风险等级。

4、可选地，在本发明的一个实施例中，所述基于预先构建的满足第二预设条件的信息驱动卡机判识模型，获取信息驱动卡机风险等级包括：构建tbm掘进多源信息数据库，并获取tbm卡机前兆特征信息；基于所述tbm卡机前兆特征信息，确定所述tbm掘进多源信息数据库的数据信息对应的目标卡机判别准则；利用所述目标卡机判别准则获得tbm卡机超前判识准则，以根据所述tbm卡机超前判识准则生成所述信息驱动卡机判识模型，并基于所述信息驱动卡机判识模型，获取所述信息驱动卡机风险等级。

5、可选地，在本发明的一个实施例中，所述的tbm掘进多源信息数据库包括tbm掘进过程中产生的掘进参数信息、围岩参数信息、物探参数信息、超前钻探参数信息、岩渣图像信息、刀盘振动信息中的至少之一。

6、可选地，在本发明的一个实施例中，所述根据tbm掘进参数分别对所述目标卡机风险隧道段和所述目标正常围岩隧道段生成满足预设安全及高效要求的掘进方式，包括：根据所述tbm掘进参数的围岩扰动约束确定所述目标卡机风险隧道段的目标安全掘进区间，以利用所述目标安全掘进区间确定所述目标卡机风险隧道段的tbm安全掘进方式；根据所述tbm掘进参数的多目标优化决策结果获取所述目标正常围岩隧道段的目标高效掘进区间，以根据所述目标高效掘进区间确定所述目标正常围岩隧道段的tbm高效掘进方式。

7、本发明第二方面实施例提供一种隧道掘进机tbm卡机风险的识别装置，包括：第一获取模块，用于基于预先构建的满足第一预设条件的物理驱动卡机判识模型，获取物理驱动卡机风险等级；第二获取模块，用于基于预先构建的满足第二预设条件的信息驱动卡机判识模型，获取信息驱动卡机风险等级；构建模块，用于对所述物理驱动卡机风险等级和所述信息驱动卡机风险等级进行集成融合处理，以构建物理-信息双驱动隧道掘进机tbm卡机风险超前判识模型；控制模块，用于基于所述物理-信息双驱动tbm卡机风险超前判识模型，判识目标隧道段的目标卡机风险隧道段和目标正常围岩隧道段，根据tbm掘进参数分别对所述目标卡机风险隧道段和所述目标正常围岩隧道段生成满足预设安全及高效要求的掘进方式。

8、可选地，在本发明的一个实施例中，所述第一获取模块包括：第一确定单元，用于构建tbm掘进参数-围岩参数映射模型，并根据所述tbm掘进参数-围岩参数映射模型确定岩-机参数动态交互机制；第一获取单元，用于基于所述tbm掘进参数-围岩参数映射模型、所述岩-机参数动态交互机制和所述tbm掘进参数反演当前围岩参数，并根据所述当前围岩参数和目标tbm隧洞围岩分级方式获取当前围岩等级；第二获取单元，用于获取每个围岩等级的目标安全阈值，利用所述目标安全阈值构建tbm围岩扰动界限的约束方程，以利用所述约束方程构建所述物理驱动卡机判识模型，并基于所述物理驱动卡机判识模型，获取所述物理驱动卡机风险等级。

9、可选地，在本发明的一个实施例中，所述第二获取模块包括：第二确定单元，用于构建tbm掘进多源信息数据库，并获取tbm卡机前兆特征信息；第三确定单元，用于基于所述tbm卡机前兆特征信息，确定所述tbm掘进多源信息数据库的数据信息对应的目标卡机判别准则；第三获取单元，用于利用所述目标卡机判别准则获得tbm卡机超前判识准则，以根据所述tbm卡机超前判识准则生成所述信息驱动卡机判识模型，并基于所述信息驱动卡机判识模型，获取所述信息驱动卡机风险等级。

10、可选地，在本发明的一个实施例中，所述的tbm掘进多源信息数据库包括tbm掘进过程中产生的掘进参数信息、围岩参数信息、物探参数信息、超前钻探参数信息、岩渣图像信息、刀盘振动信息中的至少之一。

11、可选地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块包括：第四确定单元，用于根据所述tbm掘进参数的围岩扰动约束确定所述目标卡机风险隧道段的目标安全掘进区间，以利用所述目标安全掘进区间确定所述目标卡机风险隧道段的tbm安全掘进方式；第五确定单元，用于根据所述tbm掘进参数的多目标优化决策结果获取所述目标正常围岩隧道段的目标高效掘进区间，以根据所述目标高效掘进区间确定所述目标正常围岩隧道段的tbm高效掘进方式。

12、本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序，以实现如上述实施例所述的隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法。

13、本发明第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法。

14、本发明第五方面实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被执行时，以用于实现如上的隧道掘进机tbm卡机风险的识别方法。

15、本发明实施例可以根据物理驱动卡机判识模型获取物理驱动卡机风险等级，并根据信息驱动卡机判识模型获取信息驱动卡机风险等级，从而对物理驱动卡机风险等级和信息驱动卡机风险等级进行集成融合处理，以构建物理-信息双驱动隧道掘进机tbm卡机风险超前判识模型，进而判识目标隧道段的目标卡机风险隧道段和目标正常围岩隧道段，进而根据tbm掘进参数分别对目标卡机风险隧道段和目标正常围岩隧道段生成满足预设安全及高效要求的掘进方式，有效的提升了前方围岩卡机风险预测的准确性，并且提升隧道建设的高效性和安全性。由此，解决了相关技术中的单纯数据驱动模型适应性差，以及单纯物理模型预测精度低，难以准确判断前方围岩卡机风险，增加在掘进过程中由于tbm对地层干扰过大造成的卡机事故，从而造成了严重的经济损失，降低隧道掘进的高效性和安全性问题。

16、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。