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申请/专利权人：同济大学;中铁南方投资集团有限公司

摘要：本发明涉及一种盾构隧道掌子面软硬分类及开挖风险分级方法，该方法包括以下步骤：1根据盾构区间的钻孔数据，采用克里金插值法构建数字化掌子面地层，并输出掌子面地层分布图像；2根据数字化掌子面地层的分布，对掌子面地层进行软硬分类，并根据软硬分类结果输出掌子面软硬概化图像；3根据数字化掌子面地层的分布和软硬分类结果计算掌子面软硬特征参数并计算地层风险指标，结合标注掌子面开挖风险分级数据集，采用朴素贝叶斯算法对掌子面进行风险分级预测。与现有技术相比，本发明具有量化准确、考虑全面等优点。

主权项：1.一种盾构隧道掌子面软硬分类及开挖风险分级方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1根据盾构区间的钻孔数据，采用克里金插值法构建数字化掌子面地层，并输出掌子面地层分布图像；2根据数字化掌子面地层的分布，对掌子面地层进行软硬分类，并根据软硬分类结果输出掌子面软硬概化图像；3根据数字化掌子面地层的分布和软硬分类结果计算掌子面软硬特征参数并计算地层风险指标，结合标注掌子面开挖风险分级数据集，采用朴素贝叶斯算法对掌子面进行风险分级预测；所述的步骤3中，软硬特征参数包括掌子面硬岩面积占比、软硬地层强度比、软硬交界面朝向、软硬分类、平均强度、平均模量和断面内土层数，所述的地层风险指标包括刀盘磨损快慢、姿态调整难易、掌子面土压平衡三个指标；所述的平均模量的计算式为： 其中，Ex,y为数字化掌子面矩阵第x行第y列处数组的模量值，n为矩阵的行数与列数；所述的平均强度S的计算式为： 其中，Sx,y为数字化掌子面矩阵第x行第y列处数组的强度值；所述的软硬地层强度比Rs的计算式为： 其中，Nh为被归类为硬岩地层的矩阵元素的个数，Ns为被归类为软土地层的矩阵元素的个数，∑Sh为被归类为硬岩地层的元素强度之和，∑Ss为被归类为软土地层的元素强度之和；软硬地层面积比的计算式为： 软硬地层交界面朝向的计算式为：Vedge＝xe-x1,ye-y1 其中，xe,ye为软硬交界线终点坐标，x1,y1为软硬交界线起点坐标，M为转置矩阵，θ为计算得到的软硬地层交界面转角，Vedge＝[xaxis,yaxis]为软硬交界面的方向向量，Vaxis为交界面朝向的方向向量；所述的步骤3中，与刀盘磨损快慢指标对应的软硬特征参数为平均强度、平均模量、软硬地层强度比和硬岩面积占比，与姿态调整难易指标对应的软硬特征参数为硬岩面积占比、软硬地层强度比、软硬交界面朝向和软硬分类，与掌子面土压平衡相关的软硬特征参数为软硬分类和断面内土层数，所述的刀盘磨损快慢指标Icw的计算式为：Icw＝ηaHfa+ηhHfh+ηeHfe 其中，Hfa为平均强度分项指标，Hfh为硬岩强度分项指标，Hfe为平均模量分项指标，ηa，ηh，ηe分别为三个指标对应的分项系数，as与bs为强度项的参数，取值范围分别为[-600,-800]，[3900,4100]，ae、be为强度项的参数，Erf为参考模量；所述的姿态调整难易指标Iaj的计算式为： 其中，H为地层的软硬分类，当H＝1，表示均一硬岩地层，当H＝2，表示均一软土地层，当H＝3，表示软硬不均地层，当H＝3，表示复合软硬不均地层；所述的掌子面土压平衡指标Ipb的计算式为：Ipb＝NH-1其中，N为土层数；所述的步骤3中，通过朴素贝叶斯分类方法对掌子面进行风险分级预测的具体过程为：31根据7个软硬特征参数、3个地层风险指标将掌子面风险等级划分为Ⅰ～Ⅴ级，对于盾构开挖面临问题多、难度大、风险高的掌子面给定较高的风险等级，反之给定较低的风险等级，由此形成掌子面风险数据集；32基于朴素贝叶斯分类法，建立7个软硬特征参数与掌子面风险等级之间的对应关系，以风险数据集为基础，对其余掌子面的风险等级实现自动划分。

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