(19)中华 人民共和国 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 202111482368.2 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 闫长斌　李严　李高留　 (74)专利代理 机构 郑州银河专利代理有限公司 41158 代理人 陈玄 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能 预测方法 (57)摘要 本发明提供一种基于岩碴质 量分形维数的 TBM掘进性能预测方法， 属于隧道 工程TBM施工技 术领域， 包括如下步骤： 步骤1、 计算岩碴质量分 形维数； 步骤2、 获取TBM掘进 性能指标； 步骤3、 确 定岩碴质量分形维数与TBM破岩效率之间的关 系； 步骤4、 用岩碴质量分形维数预测TBM最佳掘 进推力区间。 本发明从岩碴质量分布角度出发， 利用岩碴质量分形维数预测TBM破岩效率和最佳 掘进推力， 为TBM掘进性能预测与参数优化提供 新的思路。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114372607 A 2022.04.19 CN 114372607 A 1.一种基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1、 计算岩碴质量分形维数： 在TBM施工现场采集若干组不同掘进段的混合粒径岩 碴试样并进行现场筛分试验， 由筛分结果计算各组岩碴试样的质量分形维数； 步骤2、 获取TBM掘进性能指标： 由筛分试验结果获得岩碴粗糙度指数， 通过查阅施工日 报或现场监测记录， 获取与岩碴试样当天对应的TBM掘进参数， 计算出平均掘进推力， 进而 计算出比能； 步骤3、 确定岩碴质量分形维数与TBM破岩效率之间的关系： 通过分析岩碴质量分形维 数与比能、 粗 糙度指数之间的关系， 从而得到岩碴质量分形维数与破岩效率的关系； 步骤4、 用岩碴质量分形维数预测TBM最佳掘进推力区间： 利用步骤3中所得质量分形维 数与破岩效率之间的联系， 通过分析平均掘进推力与分形维数之间的关系， 并用分形维数 确定较高破岩效率时对应的推力区间。 2.如权利要求1所述的基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特征在于： 所述步骤1 中， 根据筛 分试验所使用的筛网孔径计算各组岩碴的粒度—质量分形维数， 计算 式如下： D＝3‑a； 其中， D为分形维数； Leq为等效边长， 这里取筛网孔径为等效边长， 单位mm； MLeq为粒径小 于Leq的岩碴质量， 单位g； M为岩碴总质量， 单位g； a为MLeq/M‑Leq在双对数坐标 下的斜率值。 3.如权利要求1所述的基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特征在于： 所述步骤2中， 由筛 分试验得到各个筛网的累计筛余率， 将各个累计筛余率相加即可得到粗 糙度指数， 具体 计算式为： CI＝∑Xi； 式中， Wi是现场筛分试验得到的大于某一粒径尺寸的岩碴总质量， g； Wt是现场采取的 TBM岩碴的总质量， g； Xi是大于某一粒径 尺寸的累计筛余 率， ％； CI 为岩碴粗 糙度指数。 4.如权利要求1所述的基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特征在于： 所述步骤2中， 比能计算式为： 式中， SE为比能， k J/m3； Fv为TBM掘进时的平均推力， kN； l为TBM在某时段的掘进距离， m； M为TBM掘进时的平均扭矩， k N·m； θ 为滚刀旋转的角度， rad； R为隧洞开挖半径， m。 5.如权利要求1所述的基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特征在于： 所述步骤3中， 确定岩碴质量分形维数与破岩效率的关系时， 具体为将分形维数与比能的对 数值、 粗糙度指数的对数值分别进行线性回归分析。 6.如权利要求1所述的基于岩碴质量分形维数的TBM掘进性能预测方法， 其特征在于： 所述步骤4中， 用分形维数预测最佳掘进推力区间时， 将平均掘进推力与分形维数进 行二次权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114372607 A 2函数拟合分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114372607 A 3