DE112018003914T5 - A real-time perception system and method for the TBM drilling rock state - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt ein Echtzeit-Wahrnehmungssystem und -verfahren für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand bereit, um das Problem zu lösen, dass die vorhandenen Mittel den Gesteinsmassenzustand des TBM-Bohrtunnels nicht effektiv in Echtzeit widerspiegeln können, um die Auswahl eines geeigneten Bohrplans zu erleichtern. TBM-Bohrparameter für Hartgesteinstunnel und entsprechende Gesteinsmassenzustandsparameterdaten werden gesammelt, ein Datenspeicher-Lagermodul wird eingerichtet, ein Wahrnehmungsmodell für die Gesteinsmaschine-Beziehung von TBM und ein Clustering-Algorithmus werden über eine schrittweise Regression erstellt, um die Einstufung der Gesteinsmassenqualität zu implementieren. Es wird ein Berechnungsmodulkern gebildet. Informationen zum Gesteinsmassenzustand werden in einem Modellberechnungsmodul invers berechnet, indem aktuelle TBM-Bohrparameter während des Bohrens gelesen werden, und die Informationen zum Gesteinsmassenzustand werden in Echtzeit auf einer Visualisierungsschnittstelle eines TBM-Hostcomputers über ein Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul dargestellt. Die vorliegende Erfindung überwindet Nachteile wie schwierig zu erhaltende Gesteinsmassenzustandsparameter, hinterherhinkende traditionelle Mittel und unbekannte Gesteinszustände vor Tunnelflächen usw.. Die vorliegende Erfindung reduziert den Energieverbrauch von TBM, gewährleistet die Sicherheit von Geräten und Personal, erhöht die Effizienz von TBM-Bohrungen und verbessert die Sicherheit und Effizienz von TBM-Bohrungen erheblich.The invention provides a real-time perception system and method for the TBM drilling rock condition to solve the problem that existing resources cannot effectively reflect the rock condition of the TBM drilling tunnel in real time to facilitate the selection of an appropriate drilling plan. TBM drilling parameters for hard rock tunnels and corresponding rock mass condition parameter data are collected, a data storage module is set up, a perception model for the rock machine relationship of TBM and a clustering algorithm are created via step-by-step regression to implement the classification of the rock mass quality. A calculation module core is formed. Rock mass information is inversely calculated in a model calculation module by reading current TBM drilling parameters during drilling, and rock mass information is displayed in real time on a visualization interface of a TBM host computer via a real time output display module. The present invention overcomes disadvantages such as difficult to obtain rock mass parameters, lagging traditional means and unknown rock conditions in front of tunnel areas, etc. The present invention reduces the energy consumption of TBM, ensures the safety of equipment and personnel, increases the efficiency of TBM drilling and improves safety and efficiency of TBM drilling significantly.
Description
Technischer BereichTechnical part
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des TBM-Tunnelbaus, insbesondere ein Echtzeit-Wahrnehmungssystem und -verfahren für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand .The invention relates to the technical field of TBM tunneling, particularly a real time perception system and method for the TBM drilling rock condition.
HintergrundtechnologieBackground technology
TBM ist eine wichtige technische Ausrüstung für den Tunnelbau, die Maschinenbau, Elektronik und Hydraulik integriert. Es kann einmaliges Bohren und Tunneln, Laden von Gesteinsschlacke, Tunnelwandstütze usw. erreichen. Es hat einen hohen Grad an Mechanisierung und Automatisierung, schnelle Aushubgeschwindigkeit, Konstruktionssicherheit, und Umweltfreundlichkeit und andere bedeutende Vorteile. In vielen Ländern der Welt ist es in Wasserkraft, Eisenbahn, Kohlebergwerk, städtischen U-Bahnen und anderen unterirdischen Ingenieurbauten weit verbreitet.TBM is an important technical equipment for tunnel construction, which integrates mechanical engineering, electronics and hydraulics. It can achieve one-time drilling and tunneling, loading of rock slag, tunnel wall support, etc. It has a high level of mechanization and automation, fast excavation speed, construction safety, and environmental friendliness and other significant advantages. In many countries around the world, it is widely used in hydropower, railways, coal mines, urban subways and other underground engineering structures.
Aufgrund der Begrenzung von Zeit, Kosten, technischem Niveau und vielen anderen Faktoren kann die geologische Untersuchung vor dem TBM-Tunnelbau nicht sehr detailliert und genau sein. Während des Bauprozesses stoßen Menschen häufig auf schlechte geologische Bedingungen, die in den geologischen Daten nicht angegeben sind. Gleichzeitig werden derzeit die Informationen zum TBM-Bohrgesteinsmassenzustand wie Druckfestigkeit, Verbindungsbedingungen und andere Parameter immer noch durch manuelle Skizze vor Ort, Probenahme und Innentest erhalten. Diese Art der ParameterWahrnehmungsmethode ist relativ rückständig, und es ist unmöglich, die Informationen zum Gesteinsmassenzustand im Voraus und in Echtzeit zu erhalten, was es für TBM schwierig macht, den Bohrplan und die Steuerparameter im Falle eines Schichtwechsels oder komplexer geologischer Bedingungen rechtzeitig anzupassen. Dies führt zu Ausfällen, Schäden, Schrott und sogar zu schweren Unfällen wie Todesfall. Während des TBM-Bohrens wird eine große Anzahl von Daten über Gerätebetriebsparameter wie Schubkraft, Drehmoment, Durchdringung, Drehzahl des Messerkopfes usw. in Echtzeit generiert. Diese Daten spiegeln direkt den aktuellen Steinbruchzustand des TBM-Bohrens wider.Due to the limitation of time, cost, technical level and many other factors, the geological survey before the TBM tunnel construction cannot be very detailed and precise. During the construction process, people often encounter poor geological conditions that are not specified in the geological data. At the same time, information about the TBM rock mass condition such as compressive strength, connection conditions and other parameters is still obtained through a manual sketch on site, sampling and internal testing. This type of parameter perception method is relatively backward, and it is impossible to get the rock mass information in advance and in real time, making it difficult for TBM to adjust the drilling plan and control parameters in time in the event of a shift change or complex geological conditions. This leads to breakdowns, damage, scrap and even serious accidents like death. During TBM drilling, a large amount of data on device operating parameters such as thrust, torque, penetration, speed of the cutter head etc. is generated in real time. These data directly reflect the current quarry condition of the TBM drilling.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
In Anbetracht des technischen Problems, dass das bestehende InformationsWahrnehmungsverfahren für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand relativ rückständig ist und den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand in Echtzeit nicht effektiv widerspiegeln kann, um den geeignete Bohrplan auszuwählen, stellt die vorliegende Erfindung ein Echtzeit-Wahrnehmungssystem und -verfahren für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand bereit. Es basiert auf der quantitativen Beziehung der Wechselwirkung zwischen Gesteinsmaschinen beim TBM-Tunnelbau und der Echtzeitwahrnehmung der TBM-Bohrgesteinsmassenzustandsparameter gemäß den TBM-Bohrparametern, um den Mangel zu überwinden, dass die vorhandene Technologie den Gesteinsmassenzustand beim TBM-Tunnelbau nicht effektiv in Echtzeit widerspiegeln kann, um den geeigneten Bohrplan auszuwählen.Given the technical problem that the existing information perception process for the TBM drill rock condition is relatively backward and cannot effectively reflect the TBM drill hole condition in real time to select the appropriate drill plan, the present invention provides a real time sensing system and method for the TBM - Drill bulk condition ready. It is based on the quantitative relationship of the interaction between rock machines in TBM tunneling and the real-time perception of the TBM drilling rock condition parameters according to the TBM drilling parameters to overcome the lack that existing technology cannot effectively reflect the rock condition in TBM tunneling in real time, to select the appropriate drilling plan.
Um den obigen Zweck zu erreichen, wird die technische Lösung der vorliegenden Erfindung wie folgt realisiert:
- Ein Echtzeit-Wahrnehmungssystem für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand umfasst ein Datenspeicher-Lagermodul, ein Modellberechnungsmodul, ein Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell und ein Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul. Das Datenspeicher-Lagermodul ist mit der Gesteinsmaschinendatenbank verbunden, das Datenspeicher-Lagermodul ist mit dem Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell verbunden, das Datenspeicher-Lagermodul und das Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell sind mit dem Modellberechnungsmodul verbunden. Das Modellberechnungsmodul ist mit dem aktuellen Bohrparameterspeicher der TBM verbunden, und das Modellberechnungsmodul ist mit dem Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul verbunden.
- A real-time perception system for the TBM drilling rock condition includes a data storage module, a model calculation module, a rock machine relationship model, and a real-time output display module. The data storage module is connected to the rock machine database, the data storage module is connected to the rock machine relationship model, the data storage module and the rock machine relationship model are connected to the model calculation module. The model calculation module is connected to the TBM's current drilling parameter memory and the model calculation module is connected to the real time output display module.
Die Gesteinsmaschinendatenbank wird zum Speichern von TBM-Bohrparametern und entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparametern verwendet. Die Gesteinsmaschinendatenbank umfasst die Gesteinsmassenparameterdatenbank, die Gesteinsmaschinendatenbank und andere TBM-Engineering-Datenbanken. Die Datenbank der Gesteinsmassenparameter, die Gesteinsmaschinendatenbank und andere TBM-Engineering-Datenbanken sind alle mit dem Datenspeicher-Lagermodul verbunden. Der aktuelle Bohrparameterspeicher überträgt die aktuellen Bohrparameter auf TBM in Echtzeit an das Modellberechnungsmodul.The rock machine database is used to store TBM drilling parameters and corresponding rock mass condition parameters. The rock machine database includes the rock mass parameter database, the rock machine database, and other TBM engineering databases. The rock mass parameter database, the rock machine database and other TBM engineering databases are all connected to the data storage storage module. The current drilling parameter memory transfers the current drilling parameters to the model calculation module in real time on TBM.
Ein Echtzeit-Wahrnehmungsverfahren für den TBM-Bohrgesteinsmassenzustand umfasst die folgenden Schritte:
- Schritt 1: Erfassen Sie die TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameterdaten im TBM-Konstruktionsfall oder die TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameter des aktuell im Bau befindlichen TBM-Bautunnels. Bitte geben Sie TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameter in die Gesteinsmaschinendatenbank ein und erstellen Sie ein Datenspeicher-Lagermodul mit Gesteinsmaschinenzustandsparametern.
- Schritt 2: Entsprechend den im Datenspeicher-Lagermodul gespeicherten TBM-Bohrparametern und den entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparametern werden ein schrittweiser Regressionsalgorithmus und ein Clustering-Algorithmus verwendet, um das Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell zu erstellen, das den Kern des Modellberechnungsmoduls bildet;
- Schritt 3: Das Modellberechnungsmodul kombiniert die aktuellen Bohrparameter auf der TBM und berechnet anhand des Gesteinsmaschine-Beziehungsmodells die Informationen zum Gesteinsmassenzustand der aktuellen Tunnelfläche der TBM in Echtzeit.
- Schritt 4: Das Modellberechnungsmodul überträgt die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad an das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul. Das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul zeigt die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad auf einer Visualisierungsschnittstelle des Hostcomputers von TBM an.
- Step 1: Collect the TBM drilling parameters and rock mass parameter data in the TBM design case or the TBM drilling parameters and rock mass parameters of the TBM construction tunnel currently under construction. Please enter TBM drilling parameters and rock mass condition parameters in the rock machine database and create a data storage module with rock machine condition parameters.
- Step 2: In accordance with the TBM drilling parameters stored in the data storage storage module and the corresponding rock mass condition parameters, a stepwise regression algorithm and a clustering algorithm are used to create the rock machine relationship model that forms the core of the model calculation module;
- Step 3: The model calculation module combines the current drilling parameters on the TBM and uses the rock machine relationship model to calculate the information about the rock mass status of the current tunnel area of the TBM in real time.
- Step 4: The model calculation module transfers the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade to the real-time output display module. The real-time output display module shows the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade on a visualization interface of the host computer from TBM.
Die TBM-Bohrparameter umfassen die Betriebsparameter der TBM, wie Schubkraft, Drehmoment, und die Steuerparameter wie Durchdringung und Drehzahl. Die Gesteinsmassenzustandsparameter umfassen die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad. Die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) bezieht sich auf die Anzahl der Gelenke in der Einheitsvolumen-Gesteinsmasse. Die Berechnungsformel lautet: Jv=Σ(1/dk)+Sk/5, wobei dk der Abstand der Gelenke der k-ten Gruppe und SK die Anzahl der nicht gruppenbezogenen Gelenke pro kubischer Gesteinsmasse der k-ten Gruppe ist.The TBM drilling parameters include the operating parameters of the TBM, such as thrust, torque, and the control parameters, such as penetration and speed. The rock mass condition parameters include the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade. The number of joints per unit volume (Jv) refers to the number of joints in the unit volume rock mass. The calculation formula is: J v = Σ (1 / d k ) + S k / 5, where d k is the distance between the joints of the kth group and S K is the number of non-group-related joints per cubic rock mass of the kth group .
Der umgebende Gesteinsgrad besteht darin, die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) zu verwenden, um den Grundqualitätsindex (BQ-Wert) des umgebenden Gesteins zur Klassifizierung des umgebenden Gesteins zu berechnen. Die Schritte sind wie folgt:
- Schritt 1: Bestimmen Sie den entsprechenden Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv unter Verwendung der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv). Die Korrelation zwischen der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und dem Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv ist in der folgenden Tabelle gezeigt.
- Schritt 2: Bitte berechnen Sie den Grundqualitätsindex BQ der Gesteinsmasse gemäß der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und dem Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten kV des quantitativen Index des umgebenden Gesteinsklassifizierungsfaktors. Die Berechnungsformel lautet: BQ = 90 + 3UCS + 250 KV. Beachten Sie außerdem die folgenden Einschränkungen: ① Wenn UCS> 90 KV + 30 ist, benutzen Sie die Berechnungsformel UCS = 90 KV + 30, um den Grundqualitätsindex (BQ-Wert) des umgebenden Gesteins zu berechnen. ② Wenn KV> 0,04UCS + 0,4 ist, wird der Grundqualitätsindex BQ-Wert des umgebenden Gesteins mit KV = 0,04 UCS + 0,4 berechnet;
- Schritt ③: Bestimmen Sie gemäß dem Umfang des Grundqualitätsindex BQ der Gesteinsmasse den umgebenden Gesteinsgrad wie folgt:
- Step 1: Determine the corresponding rock mass integrity coefficient Kv using the number of joints per unit volume (Jv). The correlation between the number of joints per unit volume (Jv) and the rock mass integrity coefficient Kv is shown in the following table.
- Step 2: Please calculate the basic quality index BQ of the rock mass according to the compressive strength of the rock mass (UCS) and the rock mass integrity coefficient k V of the quantitative index of the surrounding rock classification factor. The calculation formula is: BQ = 90 + 3UCS + 250 K V. Also note the following restrictions: ① If UCS> 90 K V + 30, use the calculation formula UCS = 90 K V + 30 to calculate the basic quality index (BQ value) of the surrounding rock. ② If K V > 0.04UCS + 0.4, the basic quality index BQ value of the surrounding rock is calculated with K V = 0.04 UCS + 0.4;
- Step ③: Determine the surrounding rock grade according to the scope of the basic quality index BQ of the rock mass as follows:
Das Verfahren zum Erstellen eines Gesteinsmaschine-Beziehungsmodells durch einen schrittweisen Regressionsalgorithmus ist wie folgt:
- ① Erstellen des Geräteparametermodells: Erstellen Sie das Beziehungsmodell zwischen dem Gerätebetriebsparameter, wie Schubkraft und dem Steuerparameter, wie Durchdringung im ansteigenden Abschnitt der TBM-Bohrparameter unter verschiedenen Gesteinsmassenbedingungen. Die Regressionsanpassungsformel der Schubkraft eines einzelnen Fräsers lautet: F = a x P + b, a ist der Einflusskoeffizient der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers, b ist der Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen, P ist die Durchdringung;
- ② Erstellen Sie das Beziehungsmodell zwischen dem Einflusskoeffizient (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers, dem Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen (b) und der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) im Gesteinsmassenzustandsparameter: Die Regressionsanpassungsformel für die Funktion zwischen dem Einflusskoeffizient (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) lautet: a=f (Jv) =po X Jv2+p1 X Jv+p2, wobei p0, p1, p2 in der Formel die Anpassungskonstanten sind und f die Funktion ist. Der Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen (b) ist der minimale Schwellwert des Fräsers, das in die Gesteinsmasse eindringt und die Vertiefung erzeugt. Wenn p = 1 ist, ist die Schubkraft eines einzelnen Fräsers F= a + b, der verwendet wird, um die Tunnellierbarkeitseigenschaften der Gesteinsmasse zu messen. Die Regressionsanpassungsformel lautet: a+b=g(UCS, Jv)=p3 X UCS+p4 X Jv+p5, wobei p3, p4, p5 in der Formel Anpassungskonstanten sind und g Funktion ist.
- ① Creating the device parameter model: Create the relationship model between the device operating parameter, such as thrust and the control parameter, such as penetration in the rising section of the TBM drilling parameters under different rock mass conditions. The regression adjustment formula of the shear force of a single milling cutter is: F = ax P + b, a is the coefficient of influence of the penetration on the shear force of a single milling cutter, b is the threshold value for rock breaking with cutting tools, P is the penetration;
- ② Create the relationship model between the coefficient of influence (a) of penetration on the thrust of an individual milling cutter, the threshold value for rock breaking with cutting tools (b) and the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv) in the rock mass condition parameter: The Regression adaptation formula for the function between the influence coefficient (a) of the penetration on the thrust force of an individual milling cutter and the number of joints per unit volume (Jv) is: a = f (Jv) = po X Jv 2 + p1 X Jv + p2, where p0, p1 , p2 in the formula are the adjustment constants and f is the function. The threshold value for rock breaking with cutting tools (b) is the minimum threshold value of the milling cutter, which penetrates the rock mass and creates the depression. If p = 1, the thrust of a single cutter is F = a + b, which is used to measure the tunnelability properties of the rock mass. The regression fit formula is: a + b = g (UCS, Jv) = p3 X UCS + p4 X Jv + p5, where p3, p4, p5 in the formula are fit constants and g is a function.
Der Clustering-Algorithmus dient dazu, die Beziehung zwischen dem umgebenden Gesteinsgrad und den TBM-Bohrparametern herzustellen, indem der Verteilungsbereich der TBM-Bohrparameter unter verschiedenen Bedingungen des umgebenden Gesteinsgrades berechnet wird. Die Schritte sind wie folgt:
- ① Verwenden Sie die Geräteparameter in der Gesteinsmaschinendatenbank, um das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung zu berechnen. Bitte verwenden Sie das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung als Probendatenbank.
- ② Das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung werden zufällig aus der Gesteinsmaschinendatenbank als Proben-Massenschwerpunkt jedes umgebenden Gesteinsgrades ausgewählt, um ein zweidimensionales Koordinatensystem (FPI(n), TPI(n)) zu bilden. n ist der umgebende Gesteinsgrad I, II, III, IV, V, und FPI(n) und TPI(n) stellen jeweils die Werte von FPI und TPI der TBM-Bohrparameter unter der Bedingung eines zufällig ausgewählten umgebenden Gesteins des umgebenden Gesteinsgrades I bis V aus der Gesteinsmaschinendatenbank dar;
- ③ Berechnen Sie die umgebende Gesteinskategorie der aktuellen Probe (TPI(i), TPI(ix) in der Probendatenbank:
- ④ Berechnen Sie mit zunehmender Probengröße den Proben-Massenschwerpunkt des Verhältnisses (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung jedes umgebenden Gesteinsgrades und des Verhältnisses (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung neu:
- ⑤ Wiederholen Sie die obigen Schritte ③ ∼ ④, bis sich die Position des Massenschwerpunkts nicht mehr ändert oder die Änderung sehr klein ist und der Verteilungsbereich des Verhältnisses (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung jedes umgebenden Gesteinsgrades und des Verhältnisses (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung und die Position des Massenschwerpunkts µj unter den Bedingungen des jeweiligen umgebenden Gesteinsgrades in der Datenbank können ermittelt werden.
- ① Use the device parameters in the rock machine database to calculate the ratio (FPI) of thrust of a single cutter to penetration and the ratio (TPI) of cutting head torque to penetration. Please use the ratio (FPI) of the thrust of a single milling cutter to the penetration and the ratio (TPI) of the cutting head torque to the penetration as a sample database.
- ② The ratio (FPI) of thrust force of a single milling cutter to penetration and the ratio (TPI) of the cutting head torque to penetration are randomly selected from the rock machine database as the sample mass center of gravity of each surrounding rock grade to create a two-dimensional coordinate system (FPI (n) , TPI (n ) ) to form. n is the surrounding rock grade I, II, III, IV, V, and FPI (n) and TPI (n) each represent the values of FPI and TPI of the TBM drilling parameters under the condition of a randomly selected surrounding rock of the surrounding rock grade I bis V from the rock machine database;
- ③ Calculate the surrounding rock category of the current sample (TPI (i), TPI (ix) in the sample database:
- ④ With increasing sample size, recalculate the sample mass center of gravity of the ratio (FPI) of the thrust force of a single milling cutter to penetrate every surrounding rock grade and the ratio (TPI) of the cutting head torque to the penetration:
- ⑤ Repeat the above steps ③ ∼ ④ until the position of the center of gravity no longer changes or the change is very small and the range of distribution of the ratio (FPI) of thrust of a single cutter to penetrate each surrounding rock grade and the ratio (TPI) of Cutting head torque for penetration and the position of the center of gravity µj under the conditions of the respective surrounding rock grade can be determined in the database.
Der schrittweise Regressionsalgorithmus wird verwendet, um die Informationen zum Gesteinsmassenzustand im Modellberechnungsmodul wie folgt zu berechnen:
- Schritt 1: Das Modellberechnungsmodul liest die Schubkraft (F) eines einzelnen Fräsers und die Durchdringung (P) des Zirkulationsanstiegsabschnitts des normalen TBM-Bohrens. Bitte nehmen Sie eine lineare Anpassung gemäß der Form des Geräteparametermodells F=aXP+b vor, um den Einflusskoeffizienten (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und den Schwellenwert (b) für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen zu erhalten.
- Schritt 2: Bitte setzen Sie den in Schritt 1 erhaltenen Einflusskoeffizienten (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und den Schwellenwert (b) für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen in die Formel a=po X Jv2+p1 X Jv+p2, a+b=p3 X UCS-p4 X Jv+p5 ein, um die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) zu berechnen;
- Schritt 3: Verwenden Sie den in Schritt 2 erhaltenen Wert für die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und berechnen Sie den entsprechenden Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv durch Interpolationsverfahren gemäß der Korrelation zwischen der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und dem Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten (Kv).
- Schritt 4: Verwenden Sie die in Schritt 2 erhaltene Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und den in Schritt 3 erhaltenen Kv-Wert des Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten in der Berechnungsformel des Grundqualitätsindex (BQ) der Gesteinsmasse: BQ=90+3UCS+250Kv, und berechnen Sie den Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse. Wenn UCS> 90Kv + 30 ist, wird außerdem der Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse mit der Brechnungsformel UCS = 90Kv + 30 berechnet. Wenn Kv> 0,04UCS+0,4 ist, sollte der Grundqualitätsindex BQ der Gesteinsmasse mit der Brechnungsformel Kv=0,04UCS+0,4 berechnet werden;
- Schritt 5: Bestimmen Sie den umgebenden Gesteinsgrad gemäß dem in Schritt 4 berechneten Umfang des Grundqualitätsindex (des BQ-Wertes) der Gesteinsmasse gemäß der Beziehung zwischen dem Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse und dem umgebenden Gesteinsgrad.
- Step 1: The model calculation module reads the thrust (F) of a single cutter and the penetration (P) of the circulation increase section of normal TBM drilling. Please make a linear adjustment in accordance with the form of the device parameter model F = aXP + b in order to obtain the influence coefficient (a) of the penetration on the thrust force of an individual milling cutter and the threshold value (b) for rock breaking with cutting tools.
- Step 2: Please set the coefficient of influence (a) of the penetration obtained in step 1 on the thrust of an individual milling cutter and the threshold value (b) for rock breaking with cutting tools in the formula a = po X Jv 2 + p1 X Jv + p2, a + b = p3 X UCS-p4 X Jv + p5 to calculate the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv);
- Step 3: Use the joint number per unit volume (Jv) value obtained in step 2 and calculate the corresponding rock mass integrity coefficient Kv by interpolation method according to the correlation between the joint number per unit volume (Jv) and the rock mass integrity coefficient (Kv).
- Step 4: Use the rock mass compressive strength (UCS) obtained in step 2 and the Kv value of the rock mass integrity coefficient obtained in step 3 in the calculation formula of the basic quality index (BQ) of the rock mass: BQ = 90 + 3UCS + 250Kv, and calculate the Basic quality index (BQ value) of the rock mass. If UCS> 90Kv + 30, the basic quality index (BQ value) of the rock mass is also calculated using the calculation formula UCS = 90Kv + 30. If Kv> 0.04UCS + 0.4, the basic quality index BQ of the rock mass should be calculated using the formula Kv = 0.04UCS + 0.4;
- Step 5: Determine the surrounding rock grade according to the extent of the basic quality index (BQ value) of the rock mass calculated in step 4 according to the relationship between the basic quality index (BQ value) of the rock mass and the surrounding rock grade.
Im Modellberechnungsmodul wird ein Clustering-Algorithmus verwendet, um die Klassifizierung der Gesteinsmassenqualität zu berechnen. Die Schritte sind wie folgt:
- Schritt 1: Das Modellberechnungsmodul liest die aktuellen TBM-Bohrparameter im aktuellen Bohrparameterspeicher, einschließlich Schubkraft, Drehmoment und Durchdringung.
- Schritt 2: Das Modellberechnungsmodul berechnet das Verhältnis FPI (neu) von Schubkraft (F) eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und des Verhältnisses TPI (neu) des Schneidkopfdrehmoments (T) zur Durchdringung (P) der aktuellen TBM-Bohrparameter.
- Schritt 3: Berechnen Sie im zweidimensionalen Koordinatensystem (FPI(n), TPI(n) ) den Abstand zwischen dem Strom (FPI (neu), TPI (neu)) und dem Massenschwerpunkt µj der umgebenden Gesteinsproben aller Klassen, und der umgebende Gesteinsgrad, der dem Massenschwerpunkt in der Mindestentfernung entspricht, ist der aktuelle Zustand der TBM-Bohrgesteinsmasse.
- Step 1: The model calculation module reads the current TBM drilling parameters in the current drilling parameter memory, including thrust, torque and penetration.
- Step 2: The model calculation module calculates the ratio FPI (new) of the thrust (F) of a single milling cutter to the penetration and the ratio TPI (new) of the cutting head torque (T) to the penetration (P) of the current TBM drilling parameters.
- Step 3: Use the two-dimensional coordinate system (FPI (n) , TPI (n) ) to calculate the distance between the current (FPI (new), TPI (new)) and the center of gravity µj of the surrounding rock samples of all classes, and the surrounding rock grade, which corresponds to the center of gravity in the minimum distance, is the current state of the TBM drilling rock mass.
Die Erfindung stellt ein Echtzeit-Wahrnehmungsverfahren für den Gesteinsmassenzustand bereit. Gemäß den akkumulierten AusrüstungsBohrparametern und der Gesteinsmaschinendatenbank für entsprechenden Gesteinsmassenzustand bei der TBM-Konstruktion wird das Wahrnehmungsmodell für die Gesteinsmaschine-Beziehung von TBM durch eine schrittweise Regressionsmethode erstellt und die Qualitätsklassifizierung von TBM-Bohrgesteinsmasse durch Clustering-Algorithmus realisiert. Die obigen zwei Methoden ergänzen sich. Es kann gleichzeitig die aktuellen TBM-Bohrgesteinsmassenzustandsparameter gemäß den Bohrparametern der Ausrüstung, einschließlich Gesteinsmassenfestigkeit, Gelenkezahl pro Volumeneinheit und des umgebenden Gesteinsgrades, wahrnehmen und vorhersagen. Dies gleicht die Schwierigkeiten bei der Ermittlung von Parametern, die Rückständigkeit bei der Ermittlung von Parametern und die Mängel unbekannter Gesteinsmassenzustände vor der Tunnelfläche unter den Bedingungen der traditionellen Gesteinsmasse aus. Die Erfindung stellt ein Wahrnehmungssystem für den Gesteinsmassenzustand bereit. Es erhält die Gesteinsmassenzustandsparameter durch Schreiben der aktuellen TBM-Bohrparameter und zeigt sie auf einer Visualisierungsschnittstelle des Hostcomputers von TBM an, die für TBM-Hauptfahrer verwendet werden kann, um den aktuellen Bohrplan anzupassen, einen angemessenen Bohrplan auszuwählen und die Bohrparameter zu optimieren, den Energieverbrauch von TBM zu senken, die Sicherheit von Ausrüstung und Personal zu gewährleisten, die Effizienz des TBM-Bohrens zu verbessern und das sichere und effiziente Bohrfähigkeit von TBM erheblich zu verbessern.The invention provides a real time perception method for the rock mass condition. In accordance with the accumulated equipment drilling parameters and the rock machine database for the corresponding rock mass status in the TBM construction, the perception model for the rock machine relationship of TBM is created by a step-by-step regression method and the quality classification of TBM rock mass is realized using a clustering algorithm. The above two methods complement each other. It can simultaneously sense and predict the current TBM drilling rock condition parameters according to the drilling parameters of the equipment, including rock mass strength, number of joints per unit volume, and the surrounding rock grade. This compensates for the difficulties in determining parameters, the backwardness in determining parameters and the shortcomings of unknown rock mass conditions in front of the tunnel area under the conditions of the traditional rock mass. The invention provides a rock mass sensing system. It gets the Rock mass condition parameters by writing the current TBM drilling parameters and displaying them on a TBM host computer visualization interface that can be used by TBM main drivers to adjust the current drilling plan, select an appropriate drilling plan and optimize the drilling parameters, TBM energy consumption lower, ensure the safety of equipment and personnel, improve the efficiency of TBM drilling and significantly improve the safe and efficient drilling ability of TBM.
Die Erfindung löst das Problem der quantitativen Echtzeitwahrnehmung des Gesteinsmassenzustands beim TBM-Tunnelbau und löst die Probleme der „ungenauen, langsamen und unvollständigen Messung“ bei der dynamischen Prüfung der Zustandsparameter der gebohrten Gesteinsmasse und liefert die Grundlage für die Gewährleistung eines sicheren und effizienten Tunnelns von TBM.The invention solves the problem of quantitative real-time perception of the rock mass condition in TBM tunnel construction and solves the problems of "inaccurate, slow and incomplete measurement" in the dynamic examination of the condition parameters of the drilled rock mass and provides the basis for ensuring safe and efficient tunneling of TBM .
FigurenlisteFigure list
Um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder die technischen Lösungen im Stand der Technik klarer zu erklären, wird im Folgenden eine kurze Einführung in die Figuren gegeben, die in den Ausführungsformen oder in der Beschreibung des Standes der Technik benötigt werden. Offensichtlich sind die Figuren in der folgenden Beschreibung nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Für die gewöhnlichen Techniker auf diesem Gebiet können andere Figuren gemäß diesen Figuren ohne kreative Arbeit erhalten werden.
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1 zeigt die Änderungskurve der TBM-Bohrparameter (Schubkraft, Drehmoment, Durchdringung usw.) mit der Zeit während des normalen TBM-Bohrens. -
2 zeigt die Klassifizierung der Gesteinsmassenqualität durch einen Clustering-Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung. -
3 ist ein Arbeitsablaufdiagramm der vorliegenden Erfindung.
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1 shows the change curve of TBM drilling parameters (thrust, torque, penetration, etc.) over time during normal TBM drilling. -
2nd shows the classification of the rock mass quality by a clustering algorithm according to the present invention. -
3rd Figure 11 is a work flow diagram of the present invention.
Spezifische AusführungsformSpecific embodiment
Die technische Lösung des vorliegenden Gebrauchsmusters wird anhand der beigefügten Figuren klar und vollständig beschrieben. Offensichtlich ist die beschriebene Ausführungsform nur Teil der Ausführungsformen des Gebrauchsmusters, nicht alle von ihnen. Basierend auf der Ausführungsform des Gebrauchsmusters gehören alle anderen Ausführungsformen, die von gewöhnlichen Technikern auf dem Gebiet ohne kreative Arbeit erhalten werden, zum Schutzumfang des vorliegenden Gebrauchsmusters.The technical solution of the present utility model is clearly and completely described with the aid of the attached figures. Obviously, the described embodiment is only part of the embodiments of the utility model, not all of them. Based on the embodiment of the utility model, all other embodiments obtained by ordinary technicians in the field without creative work belong to the scope of the present utility model.
Wie in
Die Gesteinsmaschinendatenbank wird zum Speichern von TBM-Bohrparametern und entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparametern verwendet. Die Gesteinsmaschinendatenbank umfasst die Gesteinsmassenparameterdatenbank, die Gesteinsmaschinendatenbank und andere TBM-Engineering-Datenbanken. Die Datenbank der Gesteinsmassenparameter, die Gesteinsmaschinendatenbank und andere TBM-Engineering-Datenbanken sind alle mit dem Datenspeicher-Lagermodul verbunden. Die Gesteinsmaschinendatenbank verwendet den Hostcomputer von TBM, um regelmäßig die Konstruktionsdatenbank mehrerer TBM-Bauprojekte zu sammeln und zu speichern, einschließlich TBM-Bohrparametern und entsprechender Gesteinsmassenparameter. Es umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, TBM des gleichen Typs oder ähnliche geologische Ausgrabungen. Der aktuelle Bohrparameterspeicher erhält in einem bestimmten Intervall technische Daten vom aktuellen TBM-Hostcomputer. Der aktuelle Bohrparameterspeicher überträgt die aktuellen Bohrparameter auf TBM in Echtzeit an das Modellberechnungsmodul.The rock machine database is used to store TBM drilling parameters and corresponding rock mass condition parameters. The rock machine database includes the rock mass parameter database, the rock machine database, and other TBM engineering databases. The rock mass parameter database, the rock machine database and other TBM engineering databases are all connected to the data storage storage module. The rock machine database uses TBM's host computer to regularly collect and store the design database of several TBM construction projects, including TBM drilling parameters and corresponding rock mass parameters. It includes, but is not limited to, TBMs of the same type or similar geological excavations. The current drilling parameter memory receives technical data from the current TBM host computer at a certain interval. The current drilling parameter memory transfers the current drilling parameters to the model calculation module in real time on TBM.
Das Modellberechnungsmodul überträgt die Gesteinsmassenzustandsparameterdaten und die TBM-Bohrparameterdaten vom Datenspeicher-Lagermodul. Es verwendet einen schrittweisen Regressionsalgorithmus und einen Clustering-Algorithmus, um das Gesteinsmaschine-Beziehungsmodell zu erstellen. Durch Lesen der aktuellen TBM-Bohrparameter im aktuellen Bohrparameterspeicher in Echtzeit werden die Gesteinsmassenzustandsparameter wie Druckfestigkeit, Gelenkezahl pro Volumeneinheit und der umgebende Gesteinsgrad usw. in Echtzeit berechnet. Das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul gibt die aktuellen Gesteinsmassenzustandsparameter aus, die durch den Schrittregressionsalgorithmus und den Clustering-Algorithmus im Modellberechnungsmodul erhalten wurden, wertet den aktuellen umgebenden Gesteinsgrad umfassend aus und gibt die Ergebnisse an die Visualisierungsschnittstelle aus.The model calculation module transmits the rock mass condition parameter data and the TBM drilling parameter data from the data storage module. It uses a stepwise regression algorithm and a clustering algorithm to create the rock machine relationship model. By reading the current TBM drilling parameters in the current drilling parameter memory in real time, the Rock mass condition parameters such as compressive strength, number of joints per unit volume and the surrounding rock grade etc. are calculated in real time. The real-time output display module outputs the current rock mass condition parameters obtained by the step regression algorithm and the clustering algorithm in the model calculation module, evaluates the current surrounding rock grade comprehensively and outputs the results to the visualization interface.
Wie in
- Schritt 1: Bitte erfassen Sie die TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameter im TBM-Konstruktionsfall oder die TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameter des aktuell im Bau befindlichen TBM-Bautunnels. Bitte geben Sie TBM-Bohrparameter und Gesteinsmassenzustandsparameter in die Gesteinsmaschinendatenbank ein und erstellen Sie das Datenspeicher-Lagermodul der Gesteinsmaschinenzustandsparameter.
- Step 1: Please record the TBM drilling parameters and rock mass status parameters in the TBM construction case or the TBM drilling parameters and rock mass status parameters of the TBM construction tunnel currently under construction. Please enter TBM drilling parameters and rock mass condition parameters in the rock machine database and create the data storage module of the rock machine condition parameters.
Je mehr Daten aus der Gesteinsmaschinendatenbank stammen, desto besser ist die Nachverarbeitung der aktuellen Bohrgesteinsmasse. Daher sollten wir die Daten der TBM-Bohrparameter und der Gesteinsmassenzustandsparameter so weit wie möglich erfassen, dies erhöht jedoch den Berechnungsbetrag.The more data that comes from the rock machine database, the better the postprocessing of the current rock mass. Therefore, we should collect the data from the TBM drilling parameters and the rock mass parameters as much as possible, but this increases the calculation amount.
Zu den TBM-Bohrparametern gehören die Betriebsparameter wie Schubkraft, Drehmoment, und die Steuerparameter wie Durchdringung und Drehzahl von TBM. Diese Parameter können direkt vom TBM-Hostcomputer abgerufen werden. Die Gesteinsmassenzustandsparameter umfassen die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad. Die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) wird durch Entkernen vor Ort und Durchführung eines Labortests der Gesteinsdruckfestigkeit oder durch einen detaillierten geologischen Explorationsbericht ermittelt. Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) bezieht sich auf die Anzahl der Gelenke in einer Volumeneinheit der Gesteinsmasse, die durch Zählen des Gelenkeabstands und der Gelenkezahl in der Skizze der Tunnelfläche und gemäß der Berechnungsformel Jv=Σ(1/dk)+Sk/5 der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) der Gesteinsmasse erhalten werden kann. Unter diesen ist dk der Abstand der k-ten Gruppe von Gelenken und sk ist die Anzahl der nicht gruppenbezogenen Gelenke pro kubischer Gesteinsmasse der k-ten Gruppe. Der umgebende Gesteinsgrad wird durch einen detaillierten geologischen Explorationsbericht ermittelt, oder der Grundqualitätsindex (BQ-Wert) des umgebenden Gesteins wird durch die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) zur Klassifizierung des umgebenden Gesteins berechnet.TBM drilling parameters include operating parameters such as thrust, torque, and control parameters such as penetration and speed of TBM. These parameters can be obtained directly from the TBM host computer. The rock mass condition parameters include the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade. The compressive strength of the rock mass (UCS) is determined by coring on site and by carrying out a laboratory test of the rock compressive strength or by a detailed geological exploration report. Number of joints per unit volume (Jv) refers to the number of joints in a unit volume of the rock mass, which is determined by counting the distance between the joints and the number of joints in the sketch of the tunnel area and according to the calculation formula J v = Σ (1 / d k ) + S k / 5 of the number of joints per unit volume (Jv) of the rock mass can be obtained. Among these, d k is the distance of the kth group from joints and s k is the number of non-group-related joints per cubic rock mass of the kth group. The surrounding rock grade is determined by a detailed geological exploration report, or the basic quality index (BQ value) of the surrounding rock is calculated by the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv) to classify the surrounding rock.
Diese Erfindung klassifiziert das umgebende Gestein gemäß dem Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse in der nationalen Norm. Der umgebende Gesteinsgerad dient zur Berechnung des Grundqualitätsindex (BQ-Wert) des umgebenden Gesteins unter Verwendung der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv), um das umgebende Gestein zu klassifizieren. Die Schritte sind wie folgt:
- Schritt 1: Bestimmen Sie den entsprechenden Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv unter Verwendung der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv). Die Korrelation zwischen der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und dem Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv ist in Tabelle 1 gezeigt.
- Schritt 2: Berechnen Sie den Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse gemäß quantitativem Index der umgebenden Gesteinsklassifizierungsfaktoren wie die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) (Einheit: MPa) und die Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv. Die Berechnungsformel lautet: BQ=90+3UCS+250Kv. Folgende einschränkende Bedingungen sind zu beachten: Wenn UCS>90Kv+30 beträgt, wird der Grundqualitätsindex BQ des umgebenden Gesteins mit UCS=90Kv+30 berechnet. ② Wenn Kv>0,04UCS+0,4 ist, wird der Grundqualitätsindex (BQ-Wert) des umgebenden Gesteins mit Kv=0,04UCS+0,4 berechnet.
- Schritt 3: Bestimmen Sie anhand des Grundqualitätsindex-BQ-Bereichs der Gesteinsmasse den umgebenden Gesteinsgrad gemäß Tabelle 2.
- Schritt 2: Entsprechend den im Datenspeicher-Lagermodul gespeicherten TBM-Bohrparametern und den entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparametern werden ein schrittweiser Regressionsalgorithmus und ein Clustering-Algorithmus verwendet, um das Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell zu erstellen, das den Kern des Modellberechnungsmoduls bildet.
- Step 1: Determine the corresponding rock mass integrity coefficient Kv using the number of joints per unit volume (Jv). The correlation between the number of joints per unit volume (Jv) and the rock mass integrity coefficient Kv is shown in Table 1.
- Step 2: Calculate the basic quality index (BQ value) of the rock mass according to the quantitative index of the surrounding rock classification factors such as the compressive strength of the rock mass (UCS) (unit: MPa) and the rock mass integrity coefficient Kv. The calculation formula is: BQ = 90 + 3UCS + 250Kv. The following restrictive conditions must be observed: If UCS> 90Kv + 30, the basic quality index BQ of the surrounding rock is calculated with UCS = 90Kv + 30. ② If Kv> 0.04UCS + 0.4, the basic quality index (BQ value) of the surrounding rock is calculated with Kv = 0.04UCS + 0.4.
- Step 3: Use the basic quality index BQ range of the rock mass to determine the surrounding rock grade according to Table 2.
- Step 2: In accordance with the TBM drilling parameters stored in the data storage storage module and the corresponding rock mass condition parameters, a step-by-step regression algorithm and a clustering algorithm are used to create the rock machine relationship model that forms the core of the model calculation module.
Das Modellberechnungsmodul realisiert das Echtzeitlesen von TBM-Bohrparametern im Datenspeicher-Lagermodul und im aktuellen Bohrparameterspeicher, die Erstellung eines Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodells, die Echtzeitberechnung von Gesteinsparametern sowie die Korrektur und Optimierung von Gesteinsmaschinenzustands-Beziehungsmodell. Das Modellberechnungsmodul kann die Echtzeitberechnung von Gesteinsmassenzustandsparametern bei TBM-Tunnelfläche realisieren.The model calculation module realizes the real-time reading of TBM drilling parameters in the data storage module and in the current drilling parameter memory, the creation of a rock machine relationship model, the real-time calculation of rock parameters as well as the correction and optimization of rock machine state relationship model. The model calculation module can implement the real-time calculation of rock mass condition parameters for a TBM tunnel area.
Während des normalen TBM-Bohrens können Schubkraft, Drehmoment und Durchdringung der TBM in einen ansteigenden Abschnitt und einen stabilen Abschnitt unterteilt werden, wie in
Das Verfahren zum Erstellen eines Gesteinsmaschine-Beziehungsmodells durch einen schrittweisen Regressionsalgorithmus ist wie folgt:
- ① Erstellen des Geräteparametermodells: Erstellen Sie das Beziehungsmodell zwischen dem Gerätebetriebsparameter, wie Schubkraft und dem Steuerparameter, wie Durchdringung im ansteigenden Abschnitt der TBM-Bohrparameter unter verschiedenen Gesteinsmassenbedingungen. Die Regressionsanpassungsformel der Schubkraft eines einzelnen Fräsers lautet: F = a x P + b. Die Schubkraft des einzelnen Fräsers F wird erhalten, indem die Gesamtschubkraft der TBM durch die Anzahl der Werkzeuge dividiert wird, und a ist der Einflusskoeffizient der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers, b ist der Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen, P ist die Durchdringung;
- ② Erstellen Sie das Beziehungsmodell zwischen dem Einflusskoeffizient (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers, dem Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen (b) und der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) im Gesteinsmassenzustandsparameter. Der Einflusskoeffizient (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers repräsentiert das Inkrement der Schubkraft eines einzelnen Fräsers, das erforderlich ist, um die Durchdringung pro Einheit zu erhöhen. Je stärker die Gesteinsmasse gebrochen ist, desto geringer ist das zur Erhöhung der Durchdringung pro Einheit erforderliche Inkrement der Schubkraft, so dass der Einflusskoeffizient (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers eine Funktion der Anzahl der Gelenkezahl der Gesteinsmasse ist. Die Regressionsanpassungsformel für die Funktion zwischen dem Einflusskoeffizienten (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) lautet: a=f (Jv) =po X Jv 2+p1 X Jv+p2, wobei Po, P1 und P2 Anpassungskonstanten sind. Der Schwellenwert für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen (b) ist der minimale Schwellwert des Fräsers, das in die Gesteinsmasse eindringt und die Vertiefung erzeugt. Wenn p = 1 ist, ist die Schubkraft eines einzelnen Fräsers F= a + b. Es zeigt den Schubkraft, den das Fräser benötigt, wenn es eine effektive Durchdringung von 1 mm hat. Daher kann a + b verwendet werden, um die Tunnellierbarkeitseigenschaften der Gesteinsmasse zu messen, und seine Regressionsanpassungsformel lautet: a+b=g(UCS,Jv)=p3 X UCS+p4 X Jv+p5, wobei p3, p4, p5 Anpassungskonstanten sind. Sowohl f als auch g repräsentieren Funktionen. a=f(Jv) zeigt an, dass a eine Funktion von Jv ist, und a+b=g(UCS,Jv) zeigt an, dass a + b eine Funktion von der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) ist.
- ① Creating the device parameter model: Create the relationship model between the device operating parameter, such as thrust and the control parameter, such as penetration in the rising section of the TBM drilling parameters under different rock mass conditions. The regression adjustment formula for the thrust of a single milling cutter is: F = ax P + b. The shear force of the individual milling cutter F is obtained by dividing the total thrust force of the TBM by the number of tools, and a is the coefficient of influence of the penetration on the shear force of a single milling cutter, b is the threshold value for rock breaking with cutting tools, P is the penetration ;
- ② Create the relationship model between the coefficient of influence (a) of penetration on the thrust of a single milling cutter, the threshold value for rock breaking with cutting tools (b) and the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv) in the rock mass parameter. The coefficient of influence (a) of penetration on the thrust of a single cutter represents the increment of the thrust of a single cutter that is required to increase the penetration per unit. The more the rock mass is broken, the smaller the increment of the shear force required to increase the penetration per unit, so that the coefficient of influence (a) of the penetration on the shear force of an individual milling cutter is a function of the number of joints in the rock mass. The regression adjustment formula for the function between the influence coefficient (a) of the penetration on the thrust force of a single milling cutter and the number of joints per unit volume (Jv) is: a = f (Jv) = po X Jv 2 + p1 X Jv + p2, where Po, P1 and P2 are adjustment constants. The threshold value for rock breaking with cutting tools (b) is the minimum threshold value of the milling cutter, which penetrates the rock mass and creates the depression. If p = 1, the thrust of a single cutter is F = a + b. It shows the thrust that the milling cutter needs when it has an effective penetration of 1 mm. Therefore, a + b can be used to measure the tunnelability properties of the rock mass, and its regression fit formula is: a + b = g (UCS, Jv) = p3 X UCS + p4 X Jv + p5, where p3, p4, p5 are fit constants . Both f and g represent functions. a = f (Jv) indicates that a is a function of Jv, and a + b = g (UCS, Jv) indicates that a + b is a function of the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv) is.
Das in den obigen beiden Schritten erstellte Modell bildet das Gesteinsmaschine-Beziehungsmodell.The model created in the above two steps forms the rock machine relationship model.
Der Clustering-Algorithmus dient dazu, die Beziehung zwischen dem umgebenden Gesteinsgrad und den TBM-Bohrparametern herzustellen, indem der Verteilungsbereich der TBM-Bohrparameter unter verschiedenen Bedingungen des umgebenden Gesteinsgrades berechnet wird. Die Schritte sind wie folgt:
- ① Verwenden Sie die Geräteparameter in der Gesteinsmaschinendatenbank, um das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung zu berechnen. Bitte verwenden Sie das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung als Probendatenbank.
- ② Das Verhältnis (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und das Verhältnis (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung werden zufällig aus der Gesteinsmaschinendatenbank als Proben-Massenschwerpunkt jedes umgebenden Gesteinsgrades ausgewählt, um ein zweidimensionales Koordinatensystem (FPI(n), TPI(n)) zu bilden. n ist der umgebende Gesteinsgrad I, II, III, IV, V, und FPI(n) und TPI(n) stellen jeweils die Werte von FPI und TPI der TBM-Bohrparameter unter der Bedingung eines zufällig ausgewählten umgebenden Gesteins des umgebenden Gesteinsgrades I bis V aus der Gesteinsmaschinendatenbank dar;
- ③Berechnen Sie die umgebende Gesteinskategorie der aktuellen Probe (FPI(i), TPI(i) in der Probendatenbank:
- ④ Berechnen Sie mit zunehmender Probengröße den Proben-Massenschwerpunkt des Verhältnisses (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung jedes umgebenden Gesteinsgrades und des Verhältnisses (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung neu:
- ⑤ Wiederholen Sie die obigen Schritte ③ ~ ④, bis sich die Position des Massenschwerpunkts nicht mehr ändert oder die Änderung sehr klein ist und der Verteilungsbereich des Verhältnisses (FPI) von Schubkraft eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung jedes umgebenden Gesteinsgrades und des Verhältnisses (TPI) des Schneidkopfdrehmoments zur Durchdringung und die Position des Massenschwerpunkts µj unter den Bedingungen des jeweiligen umgebenden Gesteinsgrades in der Datenbank können ermittelt werden, wie in
2 gezeigt. Aus der2 ist ersichtlich, dass die Verteilungsbereiche von FPI und TPI unterschiedlicher Grade des umgebenden Gesteins unterschiedlich sind. Die Beziehung zwischen dem umgebenden Gesteinsgrad und FPI und TPI besteht darin, dass der umgebende Gesteinsgrad des nächstgelegenen Massenschwerpunkts aus den aktuellen Bohrparametern (FPI, TPI) der umgebende Gesteinsgrad der aktuellen Bohrgesteinsmasse ist. - Schritt 3: Das Modellberechnungsmodul kombiniert die aktuellen Bohrparameter auf der TBM und berechnet anhand des Gesteinsmaschine-Beziehungsmodells die Informationen zum Gesteinsmassenzustand der aktuellen Tunnelfläche der TBM in Echtzeit.
- ① Use the device parameters in the rock machine database to calculate the ratio (FPI) of thrust of a single cutter to penetration and the ratio (TPI) of cutting head torque to penetration. Please use the ratio (FPI) of thrust of a single milling cutter to penetration and the ratio (TPI) of the cutting head torque to penetration as a sample database.
- ② The ratio (FPI) of thrust force of a single milling cutter to penetration and the ratio (TPI) of the cutting head torque to penetration are randomly selected from the rock machine database as the sample mass center of gravity of each surrounding rock grade to create a two-dimensional coordinate system (FPI (n) , TPI (n ) ) to form. n is the surrounding rock grade I, II, III, IV, V, and FPI (n) and TPI (n) each represent the values of FPI and TPI of the TBM drilling parameters under the condition of a randomly selected surrounding rock of the surrounding rock grade I bis V from the rock machine database;
- ③Calculate the surrounding rock category of the current sample (FPI (i) , TPI (i) in the sample database:
- ④ With increasing sample size, recalculate the sample mass center of gravity of the ratio (FPI) of the thrust force of a single milling cutter to penetrate every surrounding rock grade and the ratio (TPI) of the cutting head torque to the penetration:
- ⑤ Repeat steps ③ ~ ④ above until the position of the center of gravity no longer changes or the change is very small and the range of distribution of the ratio (FPI) of thrust of a single milling cutter to penetrate each surrounding rock grade and the ratio (TPI) of Cutting head torque for penetration and the position of the center of mass µj under the conditions of the respective surrounding rock grade in the database can be determined, as in
2nd shown. From the2nd it can be seen that the distribution ranges of FPI and TPI are different with different degrees of surrounding rock. The relationship between the surrounding rock grade and FPI and TPI is that the surrounding rock grade of the nearest center of gravity from the current drilling parameters (FPI, TPI) is the surrounding rock grade of the current drilling rock mass. - Step 3: The model calculation module combines the current drilling parameters on the TBM and uses the rock machine relationship model to calculate the information about the rock mass status of the current tunnel area of the TBM in real time.
Das Modellberechnungsmodul kombiniert die aktuellen Bohrparameter der TBM-Konstruktion und verwendet das durch den Schrittregressionsalgorithmus und den Clustering-Algorithmus erstellte Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell, um die Gesteinsmassenzustandsparameter zu berechnen, einschließlich der Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und des umgebenden Gesteinsgrads. Mit der kontinuierlichen Erhöhung der Gesteinsmassenzustandsparameter und TBM-Bohrparameter im Datenspeicher-Lagermodul wird das Gesteinsmaschinen-Beziehungsmodell im Berechnungsmodul überarbeitet oder optimiert.The model calculation module combines the current drilling parameters of the TBM construction and uses the rock machine relationship model created by the step regression algorithm and the clustering algorithm to calculate the rock mass condition parameters, including the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade. With the continuous increase of the rock mass condition parameters and TBM drilling parameters in the data storage module, the rock machine relationship model in the calculation module is revised or optimized.
Der schrittweise Regressionsalgorithmus wird in das Modellberechnungsmodul übernommen, um die Informationen zum Gesteinsmassenzustand wie folgt zu berechnen:
- Schritt 1: Das Modellberechnungsmodul liest die Daten (ungefähr 30 Datengruppen) wie Schubkraft (F) eines einzelnen Fräsers und die Durchdringung (P) (ungefähr 30 Sekunden) des Zirkulationsanstiegsabschnitts des normalen TBM-Bohrens. Bitte nehmen Sie eine lineare Anpassung gemäß der Form des Geräteparametermodells F=aXP+b vor, um den Einflusskoeffizienten (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und den Schwellenwert (b) für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen zu erhalten.
- Schritt 2: Bitte setzen Sie den in Schritt 1 erhaltenen Einflusskoeffizienten (a) der Durchdringung auf die Schubkraft eines einzelnen Fräsers und den Schwellenwert (b) für das Gesteinbrechen mit Schneidwerkzeugen in die Formel a=po X Jv2+p1 X Jv+p2, a+b=p3 X UCS-p4 X Jv+p5 ein, um die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) zu berechnen;
- Step 1: The model calculation module reads the data (approximately 30 data groups) such as pushing force (F) of a single cutter and penetration (P) (approximately 30 seconds) of the circulation increase section of normal TBM drilling. Please make a linear adjustment in accordance with the form of the device parameter model F = aXP + b in order to obtain the influence coefficient (a) of the penetration on the thrust force of an individual milling cutter and the threshold value (b) for rock breaking with cutting tools.
- Step 2: Please set the coefficient of influence (a) of the penetration obtained in step 1 on the thrust of an individual milling cutter and the threshold value (b) for rock breaking with cutting tools in the formula a = po X Jv 2 + p1 X Jv + p2, a + b = p3 X UCS-p4 X Jv + p5 to calculate the compressive strength of the rock mass (UCS) and the number of joints per unit volume (Jv);
Die TBM-Bohrparameter und die entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparameter im ansteigenden Abschnitt werden vom Datenspeicher-Lagermodul abgerufen, und die entsprechenden Anpassungskonstanten P0, P1, P2, P3, P4 und P5 werden gemäß dem schrittweisen Regressionsalgorithmus erhalten. Verschiedene Gesteinsarten wie Granit und Kalkstein haben unterschiedliche Anpassungskonstanten. In der spezifischen Ausführungsform können die Anpassungskonstanten P0, P1, P2, P3, P4 und P5 erhalten werden, indem die Anpassungskonstanten P0, P1, P2, P3, P4 und P5 mit dem schrittweisen Regressionsalgorithmus der vorliegenden Erfindung gemäß den TBM-Konstruktionsdaten derselben Gesteinsart in anderen Projekten oder den Konstruktionsdaten des ausgegrabenen Abschnitts des aktuellen Projekts erhalten werden, die zur Berechnung der Parameter der Bohrgesteinsmasse im aktuellen Projekt verwendet werden können.
- Schritt 3: Verwenden Sie den in Schritt 2 erhaltenen Wert für die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und berechnen Sie den entsprechenden Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten Kv durch Interpolationsverfahren gemäß der Korrelation zwischen der Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und dem Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten (Kv).
- Step 3: Use the joint number per unit volume (Jv) value obtained in step 2 and calculate the corresponding rock mass integrity coefficient Kv by interpolation method according to the correlation between the joint number per unit volume (Jv) and the rock mass integrity coefficient (Kv).
Das Interpolationsverfahren ist eine gängige Methode zur Berechnung der Differenz der Proportionsrelation in der mathematischen Theorie. Wenn beispielsweise Jv=3~10 in Tabelle 1 ist, ist Kv = 0,75-0,55. Wenn in Schritt 2 Jv = 5 berechnet wird, wird die Formel
- Schritt 4: Verwenden Sie die in Schritt 2 erhaltene Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS) und den in Schritt 3 erhaltenen Kv-Wert des Gesteinsmassenintegritätskoeffizienten in der Berechnungsformel des Grundqualitätsindex (BQ) der Gesteinsmasse: BQ=90+3UCS+250Kv, und berechnen Sie den Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse. Wenn UCS> 90Kv + 30 ist, wird außerdem der Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse mit der Brechnungsformel UCS = 90Kv + 30 berechnet. Wenn Kv> 0,04UCS+0,4 ist, sollte der Grundqualitätsindex BQ der Gesteinsmasse mit der Brechnungsformel Kv=0,04UCS+0,4 berechnet werden;
- Schritt 5: Bestimmen Sie den umgebenden Gesteinsgrad gemäß dem in Schritt 4 berechneten Umfang des Grundqualitätsindex (des BQ-Wertes) der Gesteinsmasse gemäß der Beziehung zwischen dem Grundqualitätsindex (BQ-Wert) der Gesteinsmasse und dem umgebenden Gesteinsgrad.
- Step 4: Use the rock mass compressive strength (UCS) obtained in step 2 and the Kv value of the rock mass integrity coefficient obtained in step 3 in the calculation formula of the basic quality index (BQ) of the rock mass: BQ = 90 + 3UCS + 250Kv, and calculate the Basic quality index (BQ value) of the rock mass. If UCS> 90Kv + 30, the basic quality index (BQ value) of the rock mass is also calculated using the calculation formula UCS = 90Kv + 30. If Kv> 0.04UCS + 0.4, the basic quality index BQ of the rock mass should be calculated using the formula Kv = 0.04UCS + 0.4;
- Step 5: Determine the surrounding rock grade according to the extent of the basic quality index (BQ value) of the rock mass calculated in step 4 according to the relationship between the basic quality index (BQ value) of the rock mass and the surrounding rock grade.
Im Modellberechnungsmodul wird der Clusteralgorithmus verwendet, um den umgebenden Gesteinsgrad wie folgt zu berechnen:
- Schritt 1: Das Modellberechnungsmodul liest die aktuellen TBM-Bohrparameter im aktuellen Bohrparameterspeicher, einschließlich Schubkraft, Drehmoment und Durchdringung.
- Schritt 2: Das Modellberechnungsmodul berechnet das Verhältnis FPI (neu) von Schubkraft (F) eines einzelnen Fräsers zur Durchdringung und des Verhältnisses TPI (neu) des Schneidkopfdrehmoments (T) zur Durchdringung (P) der aktuellen TBM-Bohrparameter.
- Schritt 3: Berechnen Sie im zweidimensionalen Koordinatensystem (FPI(n), TPI(n) ) und unter den Bedingungen des umgebenden Gesteinsgrads aller Klassen (FPI, TPI), die durch den Clustering-Algorithmus in den Schritten ① bis ⑤ erhalten wurden, den Abstand zwischen dem aktuellen (FPI (neu), TPI (neu)) und dem Massenschwerpunkt µj der umgebenden Gesteinsproben aller Klassen, und der umgebende Gesteinsgrad, der dem Massenschwerpunkt in der Mindestentfernung entspricht, ist der aktuelle Zustand der TBM-Bohrgesteinsmasse.
- Step 1: The model calculation module reads the current TBM drilling parameters in the current drilling parameter memory, including thrust, torque and penetration.
- Step 2: The model calculation module calculates the ratio FPI (new) of the thrust (F) of a single milling cutter to the penetration and the ratio TPI (new) of the cutting head torque (T) to the penetration (P) of the current TBM drilling parameters.
- Step 3: Calculate in the two-dimensional coordinate system (FPI (n) , TPI (n) ) and under the conditions of the surrounding rock grade of all classes (FPI, TPI), which were obtained by the clustering algorithm in steps ① to ⑤ The distance between the current (FPI (new), TPI (new)) and the center of mass µj of the surrounding rock samples of all classes, and the surrounding rock grade, which corresponds to the center of gravity at the minimum distance, is the current state of the TBM drilling rock mass.
Der Clustering-Algorithmus und der schrittweise Regressionsalgorithmus haben eine parallele Beziehung. Durch den schrittweisen Regressionsalgorithmus können die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad berechnet werden. Der umgebende Gesteinsgrad kann durch einen Clustering-Algorithmus berechnet werden. Wenn der umgebende Gesteinsgrad, der durch einen schrittweisen Regressionsalgorithmus und einen Clustering-Algorithmus berechnet wird, gleich ist, zeigt dies an, dass die TBM-Bohrgesteinsmasse diesen umgebenden Gesteinsgrad aufweist. Wenn der mit den beiden Algorithmus berechnete Grad des umgebenden Gesteins unterschiedlich ist, zeigt dies, dass sich die TBM-Bohrgesteinsmasse im Übergangsabschnitt zweier Grade des umgebenden Gesteins befindet.
- Schritt 4: Das Modellberechnungsmodul überträgt die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad an das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul. Das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul zeigt die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und den umgebenden Gesteinsgrad auf einer Visualisierungsschnittstelle des Hostcomputers von TBM an.
- Step 4: The model calculation module transfers the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade to the real-time output display module. The real-time output display module shows the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade on a visualization interface of the host computer from TBM.
Das Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul zeigt die Informationen zum Zustand der Gesteinsmasse an, die durch den schrittweisen Regressionsalgorithmus und den Clustering-Algorithmus erhalten wurden, wie Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und umgebender Gesteinsgrad auf einer Visualisierungsschnittstelle als Referenz für das Baupersonal. Die Parameter wie die Druckfestigkeit der Gesteinsmasse (UCS), die Gelenkezahl pro Volumeneinheit (Jv) und umgebender Gesteinsgrad werden durch den schrittweisen Regressionsalgorithmus berechnet. Der umgebende Gesteinsgrad wird durch einen Clustering-Algorithmus berechnet. Wenn der umgebende Gesteinsgrad, der durch die beiden Algorithmen erhalten wird, der gleiche ist, zeigt dies an, dass die TBM-Bohrgesteinsmasse diesen umgebenden Gesteinsgrad aufweist. Wenn der mit den beiden Algorithmus berechnete Grad des umgebenden Gesteins unterschiedlich ist, zeigt dies, dass sich die TBM-Bohrgesteinsmasse im Übergangsabschnitt zweier Grade des umgebenden Gesteins befindet.The real-time output display module displays the information on the state of the rock mass, which was obtained by the stepwise regression algorithm and the clustering algorithm, such as compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade on a visualization interface as a reference for the construction staff. The parameters such as the compressive strength of the rock mass (UCS), the number of joints per unit volume (Jv) and the surrounding rock grade are calculated using the step-by-step regression algorithm. The surrounding rock grade is calculated using a clustering algorithm. If the surrounding grade of rock obtained by the two algorithms is the same, this indicates that the TBM rock mass has this surrounding grade of rock. If the degree of the surrounding rock calculated using the two algorithms is different, this shows that the TBM drilling rock mass is in the transition section of two degrees of the surrounding rock.
Die Erfindung sammelt TBM-Bohrparameter des Hartgesteinstunnels und entsprechende Gesteinsmassenzustandsparameterdaten, erstellt ein Datenspeicher-Lagermodul, erstellt ein Wahrnehmungsmodell für die Gesteinsmaschine-Beziehung durch einen schrittweisen Regressionsalgorithmus, realisiert die Klassifizierung der Gesteinsmassenqualität durch einen Clustering-Algorithmus und bildet den Kern des Berechnungsmoduls. Im Modellberechnungsmodul werden die Informationen zum Gesteinsmassenzustand abgerufen und invers berechnet, indem die aktuellen TBM-Bohrparameter im Tunnelprojekt gelesen werden. Im Echtzeit-Ausgangsanzeigemodul werden die Informationen zum Gesteinsmassenzustand in Echtzeit auf einer Visualisierungsschnittstelle des Hostcomputers von TBM angezeigt.The invention collects TBM drilling parameters of the hard rock tunnel and corresponding rock mass condition parameter data, creates a data storage module, creates a perception model for the rock machine relationship using a step-by-step regression algorithm, realizes the classification of the rock mass quality using a clustering algorithm and forms the core of the calculation module. In the model calculation module, the rock mass information is retrieved and inversely calculated by reading the current TBM drilling parameters in the tunnel project. In the real-time output display module, the rock mass information is displayed in real time on a visualization interface of the TBM host computer.
Die Erfindung verwendet die TBM-Bohrparameter, um die aktuellen Informationen zum Zustand der Gesteinsmasse und andere Probleme zu beurteilen, und kann die Schwierigkeit lösen, die aktuellen Gesteinsmassenzustandsparameter der vorhandenen TBM-Konstruktion zu erhalten, und weist die folgenden Eigenschaften auf:
- (1) Die Informationen zum Gesteinsmassenzustand können schnell erhalten werden, und die Gesteinsmassenzustandsparameter des TBM-Bohrtunnels können in Echtzeit erfasst werden.
- (2) Die Wahrnehmungsgenauigkeit von Informationen über den Zustand der Gesteinsmasse ist hoch. Mit den aktuellen TBM-Bohrparametern und den entsprechenden Gesteinsmassenzustandsparametern des aktuellen Projekts, die im Datenspeicher-Lagermodul gespeichert sind, wird das Gesteinsmassenbeziehungsmodell kontinuierlich optimiert oder modifiziert, um die Wahrnehmungsgenauigkeit des Gesteinsmassenzustands zu verbessern.
- (3) Es ist einfach zu bedienen. Das System kann auf dem Hostcomputer von TBM installiert werden. Der Hostcomputer kann die aktuellen Informationen zum Gesteinsmassenzustand in Echtzeit anzeigen, wenn die TBM normal bohrt, was als Referenz für das TBM-Baupersonal verwendet werden kann.
- (4) Das TBM-Baupersonal kann den Bohrplan an den aktuellen Bohrgesteinszustand anpassen, die Bohrparameter optimieren, die Bohreffizienz verbessern, den Bauenergieverbrauch senken und die Bausicherheit gewährleisten.
- (1) The rock mass information can be obtained quickly, and the rock mass parameters of the TBM drilling tunnel can be captured in real time.
- (2) The perceptual accuracy of information about the state of the rock mass is high. With the current TBM drilling parameters and the corresponding rock mass status parameters of the current project, which are stored in the data storage module, the rock mass relationship model is continuously optimized or modified in order to improve the perception accuracy of the rock mass status.
- (3) It is easy to use. The system can be installed on the TBM host computer. The host computer can display the current rock mass information in real time when the TBM is drilling normally, which can be used as a reference for TBM construction personnel.
- (4) TBM construction personnel can adapt the drilling plan to the current state of the drilling rock, optimize the drilling parameters, improve drilling efficiency, reduce construction energy consumption and ensure construction safety.
Die obige ist nur eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und schränkt diese Erfindung nicht ein. Jede Modifikation, gleichwertige Ersetzung, Verbesserung usw., die im Sinne und im Prinzip der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, sind in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten.The above is only a preferred embodiment of the present invention and does not limit this invention. Any modification, equivalent replacement, improvement, etc. made in the spirit and principle of the present invention are included within the scope of the invention.
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