(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211213329.7 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 盾构及掘进技 术国家重点实验室 地址 450000 河南省郑州市国家高新 技术 产业开发区科 学大道99号 申请人 中铁隧道局集团有限公司 　 河南省交通 规划设计 研究院股份有 限公司 (72)发明人 周建军　翟乾智　杨力龙　盛永清　 杨振兴　杨延栋　孙飞祥　王发民　 吕乾乾　王利明　赵海雷　王凯　 (74)专利代理 机构 郑州久信知识产权代理事务 所(普通合伙) 41194 专利代理师 靳锦(51)Int.Cl. G06Q 10/10(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06Q 50/08(2012.01) (54)发明名称 双模盾构模式转换的判别方法 (57)摘要 本发明涉及 隧洞施工中模式转换方法的判 定领域， 特别是一种双模盾构 模式转换的判别方 法。 旨在解决现有技术中双模盾构 模式转换中最 好的切换实际无法确定的问题。 本发 明首先通过 盾构掘进过程中土仓压力和岩石强度， 根据各参 数对掘进速度的影 响因素大小， 选取关键参数拟 合分析盾构掘进速率， 建立掘进参数与地层参数 的组合关系， 预测分析双模盾构在不同掘进参数 与地层因素下的掘进效率， 通过工期因素判别掘 进速率的差异性， 进而确定盾构模式转TBM模式 的模式的合适距离。 优点在于： 实现对模式转换 瞬间的准确判定， 降低施工成本 。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115545646 A 2022.12.30 CN 115545646 A 1.一种TBM &EPB双模盾构模式转换的判别方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离： 在地质勘探阶段， 收集隧洞 地质情况， 得到隧洞各个挖掘区间的岩层情况及地下水状况， 初步确定模式转换时机及模 式转换位置， TMB岩掘段中地层硬度大于15Mpa， 且掌子面保证自稳状态， 渗水小于25L/ (min·10m)的要求， 按检测区间分布， 形成EPB土掘段 【A1、 A2、 A3 ……AN】 和TMB岩掘段 【B1、 B2、 B3……BN】 。 (2)在EPB土掘段： 在 【A1、 A2、 A3 ……AN】 的地层位置区间内， 通过建立掘进参数相关性 分析， 确定掘进速度、 刀盘转速、 扭矩、 推力、 岩石强度和土仓压力等强相关性参数， 得出函 数表示关系, 式中： 表示土 压模式下转速与速度的函数关系； V土＝a'f'(N)+b'f'(T)+c'f'(F)+d'f'(Q)+e'f'( σ )+n： 其中： f'(N)表示土压模式下转速与速度的函数关系； f'(T)： 扭矩与速度的函数关系； f'(F)： 推力与速度的函数关系； f(Q)： 岩石单轴抗压强度与速度的函数关系； f'( σ )： 土仓压 力与速度的函数关系， n 为盾构有关的常数， 各函数的系数 可通过拟合得 出； (3)在TMB岩掘段： 在 【B1、 B2、 B3 ……BN】 的地层位置区间内， 通过建立掘进参数相关性 分析， 确定掘进速度、 刀盘转速、 扭矩、 推力、 岩石强度等强相关性参数， 得出TBM模式下掘进 速度计算公式： VT＝af(N)+bf(T)+cf(F)+df(Q)+m； 其中： f(N)为转速与速度的函数关系； f(T)为扭矩与速度的函数关系； f(F)为推力与速 度的函数关系； f(Q)为岩石 单轴抗压强度与速度的函数关系， m是和TBM掘进有关的常数， 各 函数的系数通过拟合得 出。 (3)根据地层情况及地下水情况分析EPB和TBM在不同掘进模式下的掘进速度， 引入模 式转换时间， 确定模式转换的位置与时机； 在硬岩地层掘进时认为:VT＞V土 得出： 其中模式转换时间T通取12 ‑15天； (4)判断结果： 当步骤3中， 模式转换过程中， 若硬岩掘进距离小于经济距离S建议进行 模式转换， 否则不进行模式转换。 2.根据权利要求1所述的TBM&EPB双模盾构模式转换的判别方法， 其特征在于： 步骤(2) 和步骤(3)中， 土掘段 【A1、 A2、 A 3……AN】 和TMB岩掘段 【B1、 B2、 B3 ……BN】 中的距离小于50米 参数小于50米且呈间隔交错分布时时， 以剔除补加至上级 数据的形式形成新的样本土掘段 【A1’、 A2’、 A3’ ……AN’】 和TMB岩掘段 【B1 ’、 B2’、 B3’ ……BN’】 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115545646 A 2双模盾构模式转换的判别方 法 技术领域 [0001]本发明涉及隧洞施工中模式转换方法的判定领域， 特别是一种双模盾构模式转换 的判别方法。 背景技术 [0002]随着盾构掘进遇到的地层越来越复杂， 盾构穿越长距离软岩长距离硬岩交互区间 会越来越频繁的遇到。 传统隧道开挖方式是在软硬交接面设置开挖竖井， 两侧分别用单一 的盾构和TBM掘进， 由于城市地区的狭小空间， 和开挖竖井的效率低下严重影响交通， 在软 硬交互地层设置竖井逐渐被摒弃。 随着技术进步既适用于软岩又适用于硬岩地层的双 模盾 构应运而生。 目前双模盾构主要有泥 水‑土压， 泥水 ‑TBM， 土压 ‑TBM三种双 模盾构， 其中前两 种模式盾构 并联组装， 实现了模式转换的一键转换， 大大提高了掘进效率， 但是TBM和土压 双模盾构在出渣设备较大， 限于盾构内的有限空间， 仅能够安装一种出渣设备， 因此在 模式 转换时需消耗大量时间， 一般模式转换时间达 到15天。 [0003]在模式转换时为了提高模式转换的效率和掘进效率， 传统的双模盾构在TBM转EPB 模式时通长在距离软岩地层12m左右 开始进行模式转换， 在EPB转为TBM模式时通长在EPB进 入硬岩地层15 m左右开始进行模式转换。 模式转换仅考虑了地层因素， 未能考虑 模式转换的 时间因素， 造成模式转换之后工期的延长。 极容易造成在没有必要进行模式转换 的区段进 行了模式转换， 导 致施工效率低下， 既造成费用的浪费， 也造成工期的浪费。 [0004]在已公开的专利技术中， 对该技术有两种改进方法， 其一是通过对设备的改进实 现模式的快速转换， 其 二是通过对岩层性质实现准确 测定， 实现转换时间的缩短。 [0005]为解决模式转换的必要性， 本发明从模式转换前后掘进速率的差异性方面进行判 定， 统筹考虑 模式转换时间， 进而计算模式转换的经济距离， 从而提出一种双模盾构模式转 换时机的判别方法。 发明内容 [0006]本发明提供了一种双模盾构考虑掘进效率和经济距离的模式转换必要性判别方 法， 解决了双模盾构是否有必要进行模式转换 的判别难题， 利用模式转换前后掘进速度的 差异性， 考虑模式转换时间， 判别模式掘进距离和经济距离的差异， 使双 模盾构在软硬交互 地层掘进时达 到最佳的掘进效率。 [0007]方法包括， 通过地勘判断双模盾构在不同掘进模式下的掘进距离： 在地质勘探阶 段， 收集隧洞地质情况， 得到隧洞各个挖掘区间的岩层情况及地下水状况， 初步确定模式转 换时机及模式转换位置， TMB岩掘段中地层硬度大于15Mpa， 且掌子面保证自稳状态， 渗水小 于25L/(min ·10m)的要求， 按检测区间分布， 形成EPB土掘段 【A1、 A2、 A3 ……AN】 和TMB岩掘 段 【B1、 B2、 B3 ……BN】 ； [0008](2)在EPB土掘段： 在 【A1、 A2、 A3 ……AN】 的地层位置区间内， 通过建立掘进参数相 关性分析， 确定掘进速度、 刀盘转速、 扭矩、 推力、 岩石强度和 土仓压力等强相关性参数， 得说　明　书 1/5 页 3 CN 115545646 A 3