(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 202110239557.0 (22)申请日 2021.03.04 (71)申请人 天津大学 地址 300000 天津市南 开区卫津路9 2号 申请人 中铁工程装备集团有限公司 (72)发明人 张丽婷　张超　郑康泰　张茜　 蔡宗熙　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 杜阳阳 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) E21D 9/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种复合型土压平衡盾构机的掘进总推力 确定方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种复合型土压平衡盾构机 的掘进总推力确定方法， 所述确定方法包括： 确 定影响掘进总推力的特征参数； 根据无量纲化计 算方法， 确定各特征参数的无量纲 计算式和掘进 总推力参数的无量纲计算式； 对 各特征参数的历 史工程数据和掘进总推力的历史工程数据进行 无量纲化处理和规范化处理； 根据各特征参数的 规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数 据对无量纲输入函数的各个系数进行训练； 对无 量纲预估模 型进行规范化还原和量纲还原， 获得 掘进总推力确定模型； 获得特征参数的当前工程 数据， 输入掘进总推力确定模型进行预测。 本发 明针对不同风化程度岩层复合地质， 在力学分析 基础上通过应用量纲分析， 确定了反映该工况共 性规律的无量纲特征参量， 将其结合到机器学习 算法训练建模， 提高了方法的针对性、 实用性和 准确性。 权利要求书3页 说明书11页 附图1页 CN 115017790 A 2022.09.06 CN 115017790 A 1.一种复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定方法， 其特征在于， 所述确定方法包 括如下步骤： 确定影响掘进总推力的特征参数； 所述特征参数包括结构参数、 操作参数和地质参数， 所述结构参数包括刀盘直径、 掘进速度、 刀盘转速和土仓压力； 所述操作参数包括： 掘进速 度、 刀盘转速和土仓压力， 所述地质参数包括： 地质密度、 剪切模量、 泊松比、 粘聚力、 内摩 擦 系数、 静止 土压力系数、 承载力特 征值和埋深； 根据无量纲化计算方法， 确定各特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的无量纲 计算式； 分别根据各特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的无量纲计算式对各特征参 数的历史工程数据和掘进总推力的历史工程数据进行无量纲 化处理， 获得各特征参数的无 量纲工程数据和掘进总推力的无量纲工程数据； 采用小数定标规范化法， 对各特征参数的无量纲工程数据和掘进总推力的无量纲工程 数据进行规范化处理， 获得各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数 据； 根据各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数据对用于确定掘进 总推力的无量纲输入函数 的各个系 数进行训练， 获得系 数确定后的无量纲输入函数， 作为 无量纲预估 模型； 对所述无量纲预估 模型进行规范化还原和量纲还原， 获得掘进总推力确定模型； 获得特征参数的当前工程数据， 将所述当前工程参数输入掘进总推力确定模型， 获得 掘进总推力的预测值。 2.根据权利要求1所述的复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定方法， 其特征在于， 所述根据无量纲 化计算方法， 确定各特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的无量纲 计算式， 具体包括： 根据基本量纲对各 特征参数进行分类； 在每一类的特征参数中选取常数参数或对掘进总推力影响较大的参数或量纲相对简 洁的参数作为每一类的基本量； 根据每一类的基本量对除了基本量之外的各特征参数和掘进总推力参数进行无量纲 计算， 确定各 特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的无量纲计算式。 3.根据权利要求1所述的复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定方法， 其特征在于， 所述采用小数定标规范化法， 对各特征参数的无量纲工程数据和掘进总推力的无量纲工程 数据进行规范化处理， 获得各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数 据， 具体包括： 采用小数定标规范化法， 利用公式 对各特征参数的无量纲工程数据和掘进总 推力的无量纲工程数据进 行规范化处理， 获得各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力 的规范化工程数据； 其中， i＝1,2,3...,9,F， 当i＝1,2,3...,9时， πi和 π′i分别为第i个特征参数的无量纲 工程数据和第i个特征参数的规范化工程数据， πF和 π′F分别为掘进总推力的无量纲工程数 据和掘进总推力的规范化工程数据， j为使得max( π ′i)＜10的最小 整数。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115017790 A 24.根据权利要求1所述的复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定方法， 其特征在于， 所述根据各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数据对用于确定掘进 总推力的无量纲输入函数 的各个系 数进行训练， 获得系 数确定后的无量纲输入函数， 作为 无量纲预估 模型， 具体包括： 根据各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工程数据， 采用LassoCV算 法， 确定Las so回归算法的超参数； 采用超参数确定后的Lasso回归算法， 根据各特征参数的规范化工程数据和掘进总推 力的规范化工程数据对用于确定掘进总推力的无量纲输入函数的各个系数进 行训练， 获得 系数确定后的无量纲输入函数， 作为无量纲预估 模型。 5.一种复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定系统， 其特征在于， 所述确定系统包 括： 特征参数确定模块， 用于确定影响掘进总推力的特征参数； 所述特征参数包括结构参 数、 操作参数和地质参数， 所述结构参数包括刀盘直径、 掘进速度、 刀盘转速、 土仓压力； 所 述操作参数包括： 掘进速度、 刀盘转速、 土仓压力， 所述地质参数包括： 地质密度、 剪切模量、 泊松比、 粘聚力、 内摩擦系数、 静止 土压力系数、 承载力特 征值、 埋深； 无量纲化计算式确定模块， 用于根据无量纲化计算方法， 确定各特征参数的无量纲计 算式和掘进总推力参数的无量纲计算式； 无量纲化处理模块， 用于分别根据 各特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的无 量纲计算式对各特征参数的历史工程数据和掘进总推力的历史工程数据进行无量纲化处 理， 获得各特征参数的无量纲工程数据和掘进总推力的无量纲工程数据； 规范化处理模块， 用于采用小数定标规范化法， 对各特征参数的无量纲工程数据和掘 进总推力的无量纲工程数据进 行规范化处理， 获得各特征参数的规范化工程数据和掘进总 推力的规范化工程数据； 模型系数训练模块， 用于根据 各特征参数的规范化工程数据和掘进总推力的规范化工 程数据对用于确定掘进总推力的无量纲输入函数的各个系数进行训练， 获得系数确定后的 无量纲输入函数， 作为无量纲预估 模型； 模型还原模块， 用于对所述无量纲预估模型进行规范化还原和量纲还原， 获得掘进总 推力确定模型； 掘进总推力预测模块， 用于获得特征参数的当前工程数据， 将所述当前工程参数输入 掘进总推力确定模型， 获得掘进总推力的预测值。 6.根据权利要求5所述的复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定系统， 其特征在于， 所述无量纲化计算式确定模块， 具体包括： 分类子模块， 用于根据基本量纲对各 特征参数进行分类； 基本量确定子模块， 用于在每一类的特征参数中选取常数参数或对掘进总推力影响较 大的参数或量纲相对简洁的参数作为每一类的基本量； 去量纲计算式确定子模块， 用于根据每一类的基本量对除了基本量之外的各特征参数 和掘进总推力参数进 行无量纲计算， 确定各特征参数的无量纲计算式和掘进总推力参数的 无量纲计算式。 7.根据权利要求5所述的复合型土压平衡盾构机的掘进总推力确定系统， 其特征在于，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115017790 A 3