【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构隧道掘进控制领域，具体来说，涉及一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法。
技术介绍
1、随着城市化进程不断加速变化，向地下发展已成为城市供电设施建设的必然趋势，城市电缆隧道工程得到迅猛发展，目前技术已实施了多种工法的电缆隧道，各工法均有其自身特点和适用性，其中盾构法因其自动化作业程度高、施工速度快、对周边环境影响小等优点，在电缆隧道建设中应用越来越广。
2、而富水地层指的是地下含有大量水分的地层，这类地层通常具有较高的孔隙率，地下水会在孔隙中聚集，导致地层内部的水分饱和。富水地层在隧道掘进和地下工程中具有显著的挑战性，因为含水量的增加会导致土体的力学性质发生变化，影响土体的稳定性和盾构机的施工难度，因此开挖面稳定控制是确保工程顺利、安全进行的关键，它不仅有助于防止坍塌、减少沉降，还能有效控制地下水流动，保护电缆线路的稳定性，提升盾构机的工作效率和施工安全性。
3、但是在现有技术组的开挖面稳定控制中，无法预先模拟支护结构在不同支护力分布条件下的土体变形与沉降规律，进而不能够根据规律信息选取最优支护力分布形式为掘进工作提供基础，且无法根据盾构机机械性能设定盾构机的工作状态，不能够确保掘进过程中开挖面的稳定性，降低了掘进工作的效率。
4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题
2、为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
3、一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，该方法包括：
4、采用虚拟实验技术标定富水地层模拟参数，并将富水地层模拟参数与盾构机结合，建立隧道掘进开挖面模型；
5、利用隧道掘进开挖面模型与离散元方法，模拟支护结构在不同支护力分布条件下开挖面地层的土体变形与沉降规律，并根据土体变形与沉降规律分析支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性；
6、基于极限支护力与开挖面的稳定性选取最优支护力分布形式，根据富水地层强度、富水地层主应力及盾构机结构参数预测盾构机的机械性能，并结合最优支护力分布形式生成掘进开挖面稳定控制值；
7、根据掘进开挖面稳定控制值调整盾构机的掘进参数，将调整后的盾构机应用至实时隧道掘进工作，判断掘进工作完成后开挖面的应力状态，并基于应力状态验证开挖面稳定控制值的控制能力，实现对盾构隧道掘进开挖面的稳定控制。
8、进一步的，所述利用隧道掘进开挖面模型与离散元方法，模拟支护结构在不同支护力分布条件下开挖面地层的土体变形与沉降规律，并根据土体变形与沉降规律分析支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性包括：
9、利用三维建模技术建立支护结构三维模型，并基于支护结构定义准则为支护结构三维模型定义支护刚度系数与承载能力系数；
10、将支护结构三维模型与隧道掘进开挖面模型融合生成离散元仿真模型，并利用离散元方法按照线性分布方式定义支护结构三维模型在隧道掘进开挖面模型内的分布状态集合；
11、定义分布状态集合下每种分布形式的支护结构三维模型对应的支护力，并在设置初始应力状态与边界条件后应用离散元方法模拟开挖过程；
12、利用离散元方法获取开挖完成后富水地层产生的颗粒位移情况，并基于颗粒位移情况判断开挖面地层的地层移动与变形状况；
13、基于地层移动与变形状况分析开挖面地层对应的土体变形与沉降规律，并结合曲线分析技术判断支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性。
14、进一步的，所述基于极限支护力与稳定性选取最优支护力分布形式，根据富水地层强度、富水地层主应力及盾构机结构参数预测盾构机的机械性能，并结合最优支护力分布形式生成掘进开挖面稳定控制值包括：
15、应用广义帕累托分布对支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性进行拟合，生成检验指标，并基于检验指标选取最优支护力分布形式；
16、获取含有抗剪强度与主应力的富水地层信息，并基于盾构机生产信息采集包含刀盘直径、推力范围、扭矩范围及推进速度的盾构机结构参数；
17、基于富水地层信息与盾构机结构参数应用数值，模拟分析盾构机在掘进过程中的阻力，并根据阻力结果预测盾构机的机械性能；
18、根据最优支护分布形式确定盾构机在任意掘进进程点的支护力控制值，并基于盾构机机械性能生成盾构机控制值，将支护力控制值与盾构机控制值结合作为开挖面稳定控制值。
19、进一步的，该方法还包括通过实时监测地层变化，分析实时极限支护力，并对支护力的分布进行动态调节，得到当前地层状态下的最优支护力分布形式，包括：
20、利用传感器实时采集地层参数，所述地层参数包括：土体变形位移、地层沉降量、富水地层的渗透压力、盾构机推进速度和盾构机推力；
21、根据地层参数进行分析得到地层支护力影响系数；
22、获取数据库中预设的各影响系数区间对应的地层支护力校正值，并将地层支护力影响系数与各影响系数区间进行匹配，若地层支护力影响系数属于某一预设的地层支护力影响系数区间，则获取该影响系数区间对应的地层支护力校正值作为地层支护力阈值调整因子；
23、获取前端支护力、后端支护力和盾构机推进位移，并根据地层支护力阈值调整因子进行分析得到支护力分布。
24、本专利技术的有益效果为：
25、1、本专利技术通过虚拟实验技术，可精确标定富水地层的模拟参数，并利用隧道掘进开挖面模型和离散元方法，模拟支护结构在不同支护力分布条件下的土体变形与沉降规律，便于识别支护力分布与地层变形、沉降之间的关系，避免过度支护或者支护不足的情况发生，同时基于极限支护力与稳定性选取最优支护力分布形式后根据地层强度、主应力及盾构机参数预测机械性能，生成掘进开挖面稳定控制值。并进一步还通过实时检测确保在实际掘进过程中盾构机的工作状态可以动态调整，有效减少掘进过程中开挖面不稳定、土体坍塌等安全隐患，进一步保障工程进展顺利。
26、2、本专利技术通过建立支护结构三维模型，并定义支护刚度系数与承载能力系数可量化支护结构的抗变形能力和承载力，有助于分析其在不同压力条件下的表现，确保支护结构能有效维持开挖面的稳定，同时将支护结构三维模型与隧道掘进开挖面模型融合生成离散元仿真模型可准确再现支护结构和地层之间的相互作用，为支护设计提供更可靠的依据，且根据线性分布方式定义支护结构三维模型在开挖面内的分布状态集有助于找到最佳的支护结构布置形式，减少材料和成本浪费，并同时保证施工的安全性，并获取开挖完成后地层的颗粒位移情况，并判断地层移动与变形状况分析支护结构的极限支护力与开挖面稳定性。
27、3、本专利技术通过广义帕累托分布技术可对支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性进行更科学的拟合分析生成检验指标，便于精准地识别支护结构的极限性能，确保支护力分布在施工中的最佳化，从而最大限度地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述利用隧道掘进开挖面模型与离散元方法，模拟支护结构在不同支护力分布条件下开挖面地层的土体变形与沉降规律，并根据土体变形与沉降规律分析支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性包括：
3.根据权利要求2所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述基于地层移动与变形状况分析开挖面地层对应的土体变形与沉降规律，并结合曲线分析技术判断支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性包括：
4.根据权利要求3所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述特征变化的强度的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述基于极限支护力与稳定性选取最优支护力分布形式，根据富水地层强度、富水地层主应力及盾构机结构参数预测盾构机的机械性能，并结合最优支护力分布形式生成掘进开挖面稳定控制值包括：
7.根据权利要求6所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述支护概率函数的表达式为：
8.根据权利要求5所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述基于富水地层信息与盾构机结构参数应用数值，模拟分析盾构机在掘进过程中的阻力，并根据阻力结果预测盾构机的机械性能包括：
9.根据权利要求8所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述对相关性进行重要性排序，并根据重要性排序结果与双向长短时记忆神经网络构建预测模型，预测盾构机的机械性能包括：
10.根据权利要求5所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述根据最优支护分布形式确定盾构机在任意掘进进程点的支护力控制值，并基于盾构机机械性能生成盾构机控制值，将支护力控制值与盾构机控制值结合作为实现开挖面稳定控制值包括：
11.根据权利要求1所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，该方法还包括通过实时监测地层变化，分析实时极限支护力，并对支护力的分布进行动态调节，得到当前地层状态下的最优支护力分布形式，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述利用隧道掘进开挖面模型与离散元方法，模拟支护结构在不同支护力分布条件下开挖面地层的土体变形与沉降规律，并根据土体变形与沉降规律分析支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性包括：
3.根据权利要求2所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述基于地层移动与变形状况分析开挖面地层对应的土体变形与沉降规律，并结合曲线分析技术判断支护结构的极限支护力与开挖面的稳定性包括：
4.根据权利要求3所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述特征变化的强度的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述基于极限支护力与稳定性选取最优支护力分布形式，根据富水地层强度、富水地层主应力及盾构机结构参数预测盾构机的机械性能，并结合最优支护力分布形式生成掘进开挖面稳定控制值包括：
6.根据权利要求5所述的一种富水地层电缆盾构隧道掘进开挖面稳定控制方法，其特征在于，所述应用广义帕累托分布对支护结构的极限支护力与开...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆毅，蔡可庆，何刚，洪涛，邹宇，毕冰冰，蔡成铭，丁天，闵凡路，潘荣，屠越，王登峰，张佳，王健，陈祺炜，徐爱华，卞正达，陈铭韬，罗辑，张钏，
申请(专利权)人：南京苏逸实业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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