一种隧道开挖方法

摘要

本发明涉及一种隧道开挖方法，包括：步骤1：首先按照隧道的地理位置环境参数确定盾构机工作参数；步骤2：每间隔预设时间，根据所述盾构机在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度进行比较，调整所述盾构机下一时间段的工作参数；通过对隧道开挖地理位置获取预设环境参数对应盾构机的初始工作参数，在盾构机工作预设时间后，根据盾构机的预设推进速度与实际推进速度进行比较，确定对应盾构机的工作参数的调整，从而确定下一时间段的盾构机的工作参数，通过动态调整的过程，使盾构机根据当前环境进行调整，减少不必要的损耗，从而提高盾构机的工作效率，减少工程费用。

权利要求

1.一种隧道开挖方法，其特征在于，包括：步骤1：首先按照隧道的地理位置环境参数确定盾构机工作参数；

步骤2：每间隔预设时间，根据所述盾构机在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度进行比较，调整所述盾构机下一时间段的工作参数；

所述步骤1中，在所述盾构机进行隧道开挖前，获取隧道开挖的地理位置信息时并建立预设环境矩阵Ei（Ti、Yi、Xi、Di），i=1、2、3…n，其中，Ti表示第i预设隧道开挖所在位置的平均温度，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Xi表示第i预设隧道开挖所在位置的地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位置的平均湿度；

所述盾构机包括盾体，所述盾体最前端设置有刀盘，所述刀盘上设置有刀具，所述刀具用以破碎、切削岩石和泥土，所述刀盘上还设置有泡沫装置，用以开挖土层 的改良，所述盾构机内还设置有控制器，所述控制器用以控制调整所述盾构机的工作参数；

所述盾构机的工作参数矩阵组Wi（Vmi、Vsi、Vti、Vqi），i=1、2、3…n，其中，Vmi表示第i预设盾构机的推进速度，Vsi表示第i预设盾构机的刀盘的转速，Vti表示第i预设盾构机刀盘的温度，Vqi表示第i预设盾构机刀盘喷出的泡沫剂含量；

所述控制器调整盾构机首先通过对所述隧道开挖地理位置获取预设环境参数，通过获取的预设环境参数确定环境系数，通过环境系数对应盾构机的初始工作参数，在所述盾构机工作预设时间后，根据盾构机的预设推进速度与实际推进速度进行比较，若预设推进速度与实际推进速度在预设范围内，则根据实际推进速度与预设推进速度的关系直接对所述盾构机下一预设时间段的工作参数进行调整，若所述盾构机的实际推进速度大于预设推进速度，则按照所述盾构机当前工作参数矩阵中顺序之前的盾构机工作参数矩阵的作为下一预设时间段盾构机的工作参数，若所述盾构机的实际推进速度小于预设推进速度，则按照所述盾构机当前工作参数矩阵中顺序之后的盾构机工作参数矩阵的作为下一预设时间段盾构机的工作参数，若实际推进速度与预设推进速度不在预设范围内，则对当前环境参数进行采集，将当前环境参数与预设环境参数进行比较，根据环境参数中的温度与所述盾构机刀盘温度对应调整，根据环境参数中的硬度与所述盾构机泡沫剂含量对应调整，根据环境参数中的地质与所述盾构机推进速度对应调整，根据环境参数中湿度与刀具转速对应调整的关系，确定盾构机的不同工作参数的调整，从而确定下一时间段的盾构机的工作参数，每间隔预设时间对所述盾构机的工作参数进行调整，直至完成所述隧道的挖掘工作；

根据所述隧道所在地理位置获取的预设环境矩阵组Ei中的温度、硬度、地质和湿度信息确定环境系数a表示为：

a =(Ti/T0+ Yi/Y0 + Xi/X0 + Di/D0)其中，Ti表示为第i预设隧道开挖所在位置的平均温度信息，T0表示为预设的基准温度，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Y0表示为预设的基准硬度，Xi表示第i预设隧道开挖所在位置的地质，X0表示为预设的基准地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位置的平均湿度，D0表示为预设的基准湿度；

在确定所述盾构机的工作参数时，根据所述隧道的地理位置环境系数a来确定，其中，若a≤a1时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W1，并从Vm矩阵中取Vm1，从Vs矩阵中取Vs1，从Vt矩阵中去Vt1，从Vq中取Vq1；

若a1＜a≤a2时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W2，并从Vm矩阵中取Vm2，从Vs矩阵中取Vs2，从Vt矩阵中去Vt2，从Vq中取Vq2；

若a2＜a≤a3时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W3，并从Vm矩阵中取Vm3，从Vs矩阵中取Vs3，从Vt矩阵中去Vt3，从Vq中取Vq3；

若a（n‑1）＜a≤an时，则确定盾构机的工作参数矩阵为Wn，并从Vm矩阵中取Vmn，从Vs矩阵中取Vsn，从Vt矩阵中去Vtn，从Vq中取Vqn。

2.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述盾构机推进速度矩阵Vm（Vm1、Vm2、Vm3…Vmn），其中，Vm1表示盾构机第一预设推进速度，Vm2表示盾构机第二预设推进速度，Vm3表示盾构机第三预设推进速度，Vmn表示盾构机第n预设推进速度；所述盾构机刀具转速矩阵Vs（Vs1、Vs2、Vs3…Vsn），其中，Vs1表示盾构机刀盘第一预设转速，Vs2表示盾构机刀盘第二预设转速，Vs3表示盾构机刀盘第三预设转速，Vsn表示盾构机刀盘第n预设转速；所述盾构机刀盘温度矩阵Vt（Vt1、Vt2、Vt3…Vtn），其中，Vt1表示盾构机刀盘第一预设温度，Vt2表示盾构机刀盘第二预设温度，Vt3表示盾构机刀盘第三预设温度，Vtn表示盾构机刀盘第n预设温度；所述盾构机刀盘喷出泡沫剂含量矩阵Vq（Vq1、Vq2、Vq3…Vqn），其中，Vq1表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第一预设含量，Vq2表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第二预设含量，Vq3表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第三预设含量，Vqn表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第n预设含量。

3.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，在所述步骤2中，每间隔预设时间，根据所述盾构机的实际推进速度Vms与预设盾构机的推进速度Vmi进行比较，若0.8×Vmi＜Vms＜0.9×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W (i+2)工作；

若0.9×Vmi＜Vms＜Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W (i+1)工作；

若Vms=Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi工作；

若Vmi＜Vms＜1.1×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W (i‑1)工作；

若1.1×Vmi＜Vms＜1.2×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W (i‑2)工作。

4.根据权利要求3所述的隧道开挖方法，其特征在于，若Vms＞1.2×Vmi或Vms＜0.8×Vmi时，所述盾构机对隧道当前的实际环境信息进行采集，获取实际参数矩阵Es（Ts、Ys、Xs、Ds），其中，Ts表示当前隧道开挖所在位置的平均温度信息，Ys表示当前隧道开挖所在位置的平均硬度，Xs表示当前隧道开挖所在位置的地质，Ds表示当前隧道开挖所在位置的平均湿度。

5.根据权利要求4所述的隧道开挖方法，其特征在于，根据实际参数矩阵Es获取当前环境系数as的取值，设定环境系数最大值为amax和最小值amin，当as在环境参数的最大值和最小值范围内时，分析环境中预设环境参数与实际参数中的温度、硬度、地质和湿度信息确定所述盾构机下一时间段的工作参数，若as在环境参数的最大值和最小值之外时，重新采集环境参数，若二次采集环境参数仍未在最大值和最小值范围内，则提示当前环境采集故障。

6.根据权利要求5所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述盾构机下一时间段的工作参数调整为：

当实际环境系数as在范围时，若Ts＞Ti或Ts＜Ti，调整所述盾构机刀盘的温度Vti为Vs（i‑1）或Vt（i+1）；

当实际环境系数as在范围时，若Ys＞Yi或Ys＜Yi，调整所述盾构机刀盘喷出的泡沫剂含量Vqi为Vq（i+1）或Vq（i‑1）；

当实际环境系数as在范围时，若Xs＞Xi或Xs＜Xi，调整所述盾构机推进速度Vmi为Vm（i‑1）或Vq（i+1）；

当实际环境系数as在范围时，若Ds＞Di或Ds＜Di，调整所述盾构机刀盘的转速Vsi为Vs（i+1）或Vs（i‑1）。

7.根据权利要求6所述的隧道开挖方法，其特征在于，根据实际采集的环境参数与预设环境参数的比较，对所述盾构机下一时间段的工作参数进行调整，若实际环境参数与预设环境参数中只有温度不同时，则对应调整温度参数对应的所述盾构机刀盘温度的工作参数；若实际环境与预设环境参数中只有温度和硬度不同时，则对应调整温度和硬度参数对应的所述盾构机刀盘温度和泡沫剂含量的工作参数；若实际环境与预设环境参数中只有温度、硬度和地质时，则对应调整温度、硬度和地质的环境参数对应的所述盾构机刀盘温度、泡沫剂含量和推进速度工作参数；若实际环境与预设环境参数中温度、硬度、地质和湿度均不同时，则对应调整不同的环境参数对应的所述盾构机刀盘温度、泡沫剂含量、推进速度和刀具转速工作参数。

8.根据权利要求7所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述盾构机推进速度的比较为：在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度，环境参数的比较为：当前时间段的环境参数与上一次测量时的环境参数。

说明书

一种隧道开挖方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道开挖技术领域，尤其涉及一种隧道开挖方法。

背景技术

[0002] 隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程。随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻
爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短
隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法。

[0003] 在隧道开挖施工过程中，大都采用钻爆法的方式进行施工，但受限于爆破技术和地质条件，经常存在爆破的范围难以控制，而且对后期的支护工作量造成了很大的影响，存
在较大的安全隐患，不利于隧道的开挖施工且费用也会因爆破的不合适而急剧上升。

[0004] 综上，如何在提高隧道的开挖效率，节约工程投资的隧道开挖方法变得势在必行。

发明内容

[0005] 为此，本发明提供一种隧道开挖方法用以克服现有技术中如何提高隧道的开挖效率，节约工程投资的的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种隧道开挖方法，包括：

[0007] 步骤1：首先按照隧道的地理位置环境参数确定盾构机工作参数；

[0008] 步骤2：每间隔预设时间，根据所述盾构机在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度进行比较，调整所述盾构机下一时间段的工作参数；

[0009] 所述步骤1中，在所述盾构机进行隧道开挖前，获取隧道开挖的地理位置信息时并建立预设环境矩阵Ei(Ti、Yi、Xi、Di)，i＝1、2、3…n，其中，Ti表示第i预设隧道开挖所在位
置的平均温度，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Xi表示第i预设隧道开挖所
在位置的地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位置的平均湿度；

[0010] 所述盾构机包括盾体，所述盾体最前端设置有刀盘，所述刀盘上设置有刀具，所述刀具用以破碎、切削岩石和泥土，所述刀盘上还设置有泡沫装置，用以开挖图层的改良，所
述盾构机内还设置有控制器，所述控制器用以控制调整所述盾构机的工作参数；

[0011] 所述盾构机的工作参数矩阵组Wi(Vmi、Vsi、Vti、Vqi)，i＝1、2、3…n，其中，Vmi表示第i预设盾构机的推进速度，Vsi表示第i预设盾构机的刀盘的转速，Vti表示第i预设盾构
机刀盘的温度，Vqi表示第i预设盾构机刀盘喷出的泡沫剂含量；

[0012] 所述控制器调整盾构机工作参数的过程为：首先通过对所述隧道开挖地理位置获取预设环境参数，通过预设获取的环境参数确定环境系数，通过环境系数对应盾构机的初
始工作参数，在盾构机工作预设时间后，根据盾构机的预设推进速度与实际推进速度进行
比较，若预设推进速度与实际推进速度在预设范围内，则根据实际推进速度与预设推进速
度的关系直接对所述盾构机下一预设时间的工作参数进行调整，若实际推进速度与预设推
进速度不在预设范围内，则对当前环境参数进行采集，将当前环境参数与预设环境进行比
较，根据环境参数的比较对应确定盾构机的不同工作参数的调整，从而确定下一时间段的
盾构机的工作参数，每间隔预设时间对所述盾构机的工作参数进行调整，直至完成所述隧
道的挖掘工作。

[0013] 进一步地，根据所述隧道所在地理位置获取的预设环境矩阵组Ei中的温度、硬度、地质和湿度信息确定环境系数a表示为：

[0014] a＝(Ti/T0+Yi/Y0+Xi/X0+Di/D0)

[0015] 其中，Ti表示为第i预设隧道开挖所在位置的平均温度信息，T0表示为预设的基准温度，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Y0表示为预设的基准硬度，Xi表示第i
预设隧道开挖所在位置的地质，X0表示为预设的基准地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位
置的平均湿度，D0表示为预设的基准湿度。

[0016] 进一步地，在确定所述盾构机的工作参数时，根据所述隧道的地理位置环境系数a来确定，其中，

[0017] 若a≤a1时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W1，并从Vm矩阵中取Vm1，从Vs矩阵中取Vs1，从Vt矩阵中去Vt1，从Vq中取Vq1；

[0018] 若a1＜a≤a2时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W2，并从Vm矩阵中取Vm2，从Vs矩阵中取Vs2，从Vt矩阵中去Vt2，从Vq中取Vq2；

[0019] 若a2＜a≤a3时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W3，并从Vm矩阵中取Vm3，从Vs矩阵中取Vs3，从Vt矩阵中去Vt3，从Vq中取Vq3；

[0020] 若a(n‑1)＜a≤an时，则确定盾构机的工作参数矩阵为Wn，并从Vm矩阵中取Vmn，从Vs矩阵中取Vsn，从Vt矩阵中去Vtn，从Vq中取Vqn。

[0021] 进一步地，所述盾构机推进速度矩阵Vm(Vm1、Vm2、Vm3…Vmn)，其中，Vm1表示盾构机第一预设推进速度，Vm2表示盾构机第二预设推进速度，Vm3表示盾构机第三预设推进速
度，Vmn表示盾构机第n预设推进速度；所述盾构机刀具转速矩阵Vs(Vs1、Vs2、Vs3…Vsn)，其
中，Vs1表示盾构机刀盘第一预设转速，Vs2表示盾构机刀盘第二预设转速，Vs3表示盾构机
刀盘第三预设转速，Vsn表示盾构机刀盘第n预设转速；所述盾构机刀盘温度矩阵Vt(Vt1、
Vt2、Vt3…Vtn)，其中，Vt1表示盾构机刀盘第一预设温度，Vt2表示盾构机刀盘第二预设温
度，Vt3表示盾构机刀盘第三预设温度，Vtn表示盾构机刀盘第n预设温度；所述盾构机刀盘
喷出泡沫剂含量矩阵Vq(Vq1、Vq2、Vq3…Vqn)，其中，Vq1表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第一预
设含量，Vq2表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第二预设含量，Vq3表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第
三预设含量，Vqn表示盾构机刀盘喷出泡沫剂第n预设含量。

[0022] 进一步地，在所述步骤2中，每间隔预设时间，根据所述盾构机的实际推进速度Vms与预设盾构机的推进速度Vmi进行比较，

[0023] 若0.8×Vmi＜Vms＜0.9×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W(i+2)工作；

[0024] 若0.9×Vmi＜Vms＜Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W(i+1)工作；

[0025] 若Vms＝Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi工作；

[0026] 若Vmi＜Vms＜1.1×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W(i‑1)工作；

[0027] 若1.1×Vmi＜Vms＜1.2×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W(i‑2)工作。

[0028] 进一步地，若Vms＞1.2×Vmi或Vms＜0.8×Vmi时，所述盾构机对隧道当前的实际环境信息进行采集，获取实际参数矩阵Es(Ts、Ys、Xs、Ds)，其中，Ts表示当前隧道开挖所在
位置的平均温度信息，Ys表示当前隧道开挖所在位置的平均硬度，Xs表示当前隧道开挖所
在位置的地质，Ds表示当前隧道开挖所在位置的平均湿度。

[0029] 进一步地，根据实际参数矩阵Es获取当前环境系数as的取值，设定环境系数最大值为amax和最小值amin，当as在环境参数的最大值和最小值范围内时，分析环境中预设环
境参数与实际参数中的温度、硬度、地质和湿度信息确定所述盾构机下一时间段的工作参
数，若as在环境参数的最大值和最小值之外时，重新采集环境参数，若二次采集环境参数仍
未在最大值和最小值范围内，则提示当前环境采集故障。

[0030] 进一步地，所述盾构机下一时间段的工作参数调整为：

[0031] 当实际环境系数as在范围时，若Ts＞Ti或Ts＜Ti，调整所述盾构机刀盘的温度Vti为Vs(i‑1)或Vt(i+1)；

[0032] 当实际环境系数as在范围时，若Ys＞Yi或Ys＜Yi，调整所述盾构机刀盘喷出的泡沫剂含量Vqi为Vq(i+1)或Vq(i‑1)；

[0033] 当实际环境系数as在范围时，若Xs＞Xi或Xs＜Xi，调整所述盾构机推进速度Vmi为Vm(i‑1)或Vq(i+1)；

[0034] 当实际环境系数as在范围时，若Ds＞Di或Ds＜Di，调整所述盾构机刀盘的转速Vsi为Vs(i+1)或Vs(i‑1)。

[0035] 进一步地，根据实际采集的环境参数与预设环境参数的比较，对所述盾构机下一时间段的工作参数进行调整，若实际环境参数与预设环境参数中只有温度不同时，则对应
调整温度参数对应的所述盾构机刀盘温度的工作参数；若实际环境与预设环境参数中只有
温度和硬度不同时，则对应调整温度和硬度参数对应的所述盾构机刀盘温度和泡沫剂含量
的工作参数；若实际环境与预设环境参数中只有温度、硬度和地质时，则对应调整温度、硬
度和地质的环境参数对应的所述盾构机刀盘温度、泡沫剂含量和推进速度工作参数；若实
际环境与预设环境参数中温度、硬度、地质和湿度均不同时，则对应调整不同的环境参数对
应的所述盾构机刀盘温度、泡沫剂含量、推进速度和刀具转速工作参数。

[0036] 进一步地，所述盾构机推进速度的比较为：在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度，环境参数的比较为：当前时间段的环境参数与上一次测量时的环
境参数。

[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过提供一种隧道开挖方法，首先通过对隧道开挖地理位置获取预设环境参数，通过预设获取的环境参数确定环境系数，
通过环境系数对应盾构机的初始工作参数，在盾构机工作预设时间后，根据盾构机的预设
推进速度与实际推进速度进行比较，若预设推进速度与实际推进速度在一定范围内，则根
据实际推进速度与预设推进速度的关系直接对所述盾构机下一预设时间的工作参数进行
调整；若预设推进速度与实际推进速度超出一定范围内，则对当前环境参数进行采集，将当
前环境参数与预设环境进行比较，根据环境参数的比较确定对应盾构机的工作参数的调
整，从而确定下一时间段的盾构机的工作参数，通过动态调整的过程，使盾构机根据当前环
境进行调整，减少不必要的损耗，从而提高盾构机的工作效率，减少工程费用。

[0038] 进一步地，本发明通过建立盾构机的工作参数矩阵组Wi(Vmi、Vsi、Vti、Vqi)，通过每间隔预设时间，对当前时间段的预设推进速度与当前时间段的实际推进速度的比较，从
而确定盾构机工作参数的合理性，减少盾构机的损耗，从而提高盾构机的工作效率。

[0039] 进一步地，本发明建立预设环境矩阵Ei(Ti、Yi、Xi、Di)，通过预设的环境参量的比对，实现对环境参数系数化的操作确定所述盾构机的工作参数，通过设定不同的区间，对应
不同的盾构机的工作参数，进一步提高了盾构机的工作效率。

[0040] 尤其，本发明通过对所述盾构机的实际推进速度与预设推进速度的比较，当实际推进速度在预设推进速度的0.8到1.2倍以内直接对所述盾构机的工作参数进行调整的设
置，减少了计算的繁琐，而且对所述盾构机参数的合理性也进行了检验，进一步提高了盾构
机的工作效率。

[0041] 进一步地，本发明还设置了当所述盾构机的实际推进速度与预设推进速度差值较大时，通过对其环境参数的收集与预设环境参数的比较，从而对所述盾构机的工作参数进
行调整，通过层层递进的方式对盾构机进行不断的调整，使盾构机达到最佳的工作状态。

[0042] 尤其，本发明中对其预设推进速度和实际推进速度的比较为当前时间段的预设推进速度和当前时间段的实际推进速度，对环境参数的比较为当前时间段的环境参数与上一
次测量时的环境参数进行比较，若当前时间段的环境参数为第一次测量环境参数，则对盾
构机初始工作时的预设环境参数进行比较。通过预设时间段的比较，减少误差，提高对盾构
机工作参数调整的准确性，进而提高盾构机的工作效率，减少盾构机的损耗。

附图说明

[0043] 图1为本发明所述隧道开挖方法的盾构机的结构示意图。

具体实施方式

[0044] 为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0045] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

[0046] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而
不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。

[0047] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。

[0048] 请参阅图1所示，本发明通过盾构机对隧道进行开挖，其中，所述盾构机包括盾体1，所述盾体1最前端设置有刀盘2，所述刀盘2上设置有刀具3，所述刀具3用以破碎、切削岩
石和泥土，所述刀盘2上还设置有泡沫装置4，用以发射泡沫剂，用以开挖图层的改良，所述
盾构机内还设置有控制器(图中未示出)，所述控制器用以控制调整所述盾构机的工作参
数；其中，所述刀盘2上的刀具3可以根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具3或软土刀
具3。

[0049] 具体而言，本发明实施例中，本发明提供了一种隧道开挖方法，包括：

[0050] 步骤1：首先按照隧道的地理位置环境参数确定盾构机工作参数；

[0051] 步骤2：每间隔预设时间，根据所述盾构机在当前时间段的实际推进速度与当前时间段的预设推进速度进行比较，调整所述盾构机下一时间段的工作参数；

[0052] 具体而言，本发明实施例中，在所述步骤1中，在隧道开挖前，首先获取隧道开挖的地理位置信息，可以通过云端数据库检索获取对应的隧道开挖所在位置的相关环境参数信
息，预设环境矩阵组Ei(Ti、Yi、Xi、Di)，i＝1、2、3…n，其中，Ti表示第i预设隧道开挖所在位
置的平均温度信息，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Xi表示第i预设隧道开
挖所在位置的地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位置的平均湿度。对于温度矩阵Ti(T1、
T2、T3…Tn)，其中，T1表示第一预设平均温度，T2表示第二预设平均温度，T3表示第三预设
平均温度，Tn表示第n预设平均温度；对于硬度矩阵Yi(Y1、Y2、Y3…Yn)，其中，Y1表示第一预
设平均硬度，Y2表示第二预设平均硬度，Y3表示第三预设平均硬度，Yn表示第n预设平均硬
度；对于地质矩阵Xi(X1、X2、X3…Xn)，其中，X1表示第一预设地质，X2表示第二预设地质，X3
表示第三预设地质，Xn表示第n预设地质；对于湿度矩阵Di(D1、D2、D3…Dn)，其中，D1表示第
一预设平均湿度，D2表示第二预设平均湿度，D3表示第三预设平均湿度，Dn表示第n预设平
均湿度。

[0053] 具体而言，本发明实施例中，根据隧道所在位置获取的预设环境矩阵中的温度、硬度、地质和湿度信息确定环境系数a表示为：

[0054] a＝(Ti/T0+Yi/Y0+Xi/X0+Di/D0)

[0055] 其中，Ti表示为第i预设隧道开挖所在位置的平均温度信息，T0表示为预设的基准温度，Yi表示第i预设隧道开挖所在位置的平均硬度，Y0表示为预设的基准硬度，Xi表示第i
预设隧道开挖所在位置的地质，X0表示为预设的基准地质，Di表示第i预设隧道开挖所在位
置的平均湿度，D0表示为预设的基准湿度。

[0056] 具体而言，本发明实施例中，T0表示的预设基准温度，本实施例中设定预设基准温度为20℃，也可以设置为10℃，15℃，一切以具体实施为准。Y0表示的预设基准硬度，在本实
施例中，预设基准硬度可以根据围岩的等级进行划分，也可以根据固定时间内从盾构机的
挖掘进度为参考来设置硬度参数和数值，预设基准硬度为三级或者四级的参考，同样本发
明并不限定基准硬度的确定方法和具体而言基准数值，一切以现场具体实施为准。X0表示
为预设的基准地质，按照地质如沙子、泥土、沙子泥土混合等地质，将地质进行赋值，比如，
沙子为1，泥土为2，沙子泥土混合各占百分之五十的话，沙子泥土混合为3，根据沙子泥土混
合的不同比例划分不同的数值，同理泥土和岩石的混合程度确定不同的数值，本发明同样
不限定预设地质的标准和赋值，一切以具体实施为准。D0表示为预设的基准湿度，基准湿度
可以设置为85％，也可以根据隧道开挖的地址比如南方湿度相对会大一些，基准湿度可以
设置为90％，北方的地质湿度为相对小一些，基准湿度可以设置为80％，本发明同样不限定
基准湿度的数值，一切以具体实施为准。

[0057] 具体而言，本发明实施例中，所述盾构机的工作参数矩阵组Wi(Vmi、Vsi、Vti、Vqi)，i＝1、2、3…n，其中，Vmi表示第i预设盾构机的推进速度，Vsi表示第i预设盾构机的刀
盘2的转速，Vti表示第i预设盾构机刀盘2的温度，Vqi表示第i预设盾构机刀盘2喷出的泡沫
剂含量。对于盾构机推进速度矩阵Vm(Vm1、Vm2、Vm3…Vmn)，其中，Vm1表示盾构机第一预设
推进速度，Vm2表示盾构机第二预设推进速度，Vm3表示盾构机第三预设推进速度，Vmn表示
盾构机第n预设推进速度；对于盾构机刀盘2转速矩阵Vs(Vs1、Vs2、Vs3…Vsn)，其中，Vs1表
示盾构机刀盘2第一预设转速，Vs2表示盾构机刀盘2第二预设转速，Vs3表示盾构机刀盘2第
三预设转速，Vsn表示盾构机刀盘2第n预设转速；对于盾构机刀盘2温度矩阵Vt(Vt1、Vt2、
Vt3…Vtn)，其中，Vt1表示盾构机刀盘2第一预设温度，Vt2表示盾构机刀盘2第二预设温度，
Vt3表示盾构机刀盘2第三预设温度，Vtn表示盾构机刀盘2第n预设温度；对于盾构机刀盘2
喷出泡沫剂含量矩阵Vq(Vq1、Vq2、Vq3…Vqn)，其中，Vq1表示盾构机刀盘2喷出泡沫剂第一
预设含量，Vq2表示盾构机刀盘2喷出泡沫剂第二预设含量，Vq3表示盾构机刀盘2喷出泡沫
剂第三预设含量，Vqn表示盾构机刀盘2喷出泡沫剂第n预设含量。

[0058] 具体而言，本发明实施例中，根据从云端数据库检索到的隧道处的预设环境矩阵确定盾构机对应的工作参数为：

[0059] 若a≤a1时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W1，并从Vm矩阵中取Vm1，从Vs矩阵中取Vs1，从Vt矩阵中去Vt1，从Vq中取Vq1；

[0060] 若a1＜a≤a2时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W2，并从Vm矩阵中取Vm2，从Vs矩阵中取Vs2，从Vt矩阵中去Vt2，从Vq中取Vq2；

[0061] 若a2＜a≤a3时，则确定盾构机的工作参数矩阵为W3，并从Vm矩阵中取Vm3，从Vs矩阵中取Vs3，从Vt矩阵中去Vt3，从Vq中取Vq3；

[0062] 若a(n‑1)＜a≤an时，则确定盾构机的工作参数矩阵为Wn，并从Vm矩阵中取Vmn，从Vs矩阵中取Vsn，从Vt矩阵中去Vtn，从Vq中取Vqn。

[0063] 具体而言，本发明实施例中，每间隔预设时间后，根据所述盾构机的实际推进速度Vms与预设盾构机的推进速度Vmi相比较确定下一时间段所述盾构机的工作参数：间隔预设
时间可以为五分钟，也可以为十分钟，也可以为三分钟，具体设置时间长短根据具体实施时
为准。

[0064] 若0.8×Vmi＜Vms＜0.9×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W(i+2)工作；

[0065] 若0.9×Vmi＜Vms＜Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之后的工作参数矩阵W(i+1)工作；

[0066] 若Vms＝Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi工作；

[0067] 若Vmi＜Vms＜1.1×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W(i‑1)工作；

[0068] 若1.1×Vmi＜Vms＜1.2×Vmi时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wi顺序之前的工作参数矩阵W(i‑2)工作。

[0069] 若Vms＞1.2×Vmi或Vms＜0.8×Vmi时，所述盾构机对隧道当前的实际环境信息进行采集，获取实际参数矩阵Es(Ts、Ys、Xs、Ds)，其中，Ts表示当前隧道开挖所在位置的平均
温度信息，Ys表示当前隧道开挖所在位置的平均硬度，Xs表示当前隧道开挖所在位置的地
质，Ds表示当前隧道开挖所在位置的平均湿度。

[0070] 具体而言，本发明实施例中，所述隧道当前所在位置的平均温度和湿度信息，可以通过采集当前隧道顶部的多处土壤的温度信息取其平均值确定，也可以根据采集当前隧道
多处侧壁内的土壤的温度信息取其平均值确定。当前隧道开挖所在位置的平均硬度和地质
信息取其刀盘2前的土壤硬度情况信息。本发明并不限定具体而言采集方法和采集位置，一
切以具体实施为准。

[0071] 所述控制器根据实际参数矩阵Es的信息获取当前环境系数as的取值，设定环境系数最大值为amax和最小值amin，当as在环境参数的最大值和最小值范围内时，分析环境中
预设环境参数与实际参数中的温度、硬度、地质和湿度信息，若as在环境参数的最大值和最
小值之外时，重新采集环境参数，若二次采集环境参数仍未在最大值和最小值范围内，则提
示当前环境采集故障。

[0072] 当实际环境系数as在范围时，若Ts＞Ti或Ts＜Ti，调整所述盾构机刀盘2的温度Vti为Vs(i‑1)或Vt(i+1)；

[0073] 当实际环境系数as在范围时，若Ys＞Yi或Ys＜Yi，调整所述盾构机刀盘2喷出的泡沫剂含量Vqi为Vq(i+1)或Vq(i‑1)；

[0074] 当实际环境系数as在范围时，若Xs＞Xi或Xs＜Xi，调整所述盾构机推进速度Vmi为Vm(i‑1)或Vq(i+1)；

[0075] 当实际环境系数as在范围时，若Ds＞Di或Ds＜Di，调整所述盾构机刀盘2的转速Vsi为Vs(i+1)或Vs(i‑1)。

[0076] 所述控制器根据环境中预设环境参数与实际参数中的温度、硬度、地质和湿度重新确定所述盾构机的推进速度、刀盘2的转速、刀盘2的温度和刀盘2喷出的泡沫剂含量。

[0077] 例如：当Ts＞Ti，Ys＞Yi，Xs＞Xi，Ds＞Di时，调整所述盾构机的工作参数为Vs(i‑1)，Vq(i+1)，Vm(i‑1)和Vs(i+1)。

[0078] 当Ts＞Ti，Ys＜Yi，Xs＞Xi，Ds＜Di时，调整所述盾构机的工作参数为Vs(i‑1)，Vq(i‑1)，Vm(i‑1)和Vs(i‑1)。

[0079] 当Ts＜Ti，Ys＝Yi，Xs＜Xi，Ds＝Di时，调整所述盾构机的工作参数为Vt(i+1)，Vqi，Vq(i+1)和Vsi。

[0080] 所述盾构机按照调整后的工作参数继续工作，直到间隔预设时间后，再次根据所述盾构机的实际推进速度Vms2与第二时间段内盾构机的预设推进速度Vmi相比较确定所述
盾构机的工作参数。

[0081] 具体而言，本发明实施例中，预设第二时间间隔时，所述盾构机在第二时间段内的实际推进速度Vms2与第二时间段内的盾构机的预设推进速度Vmk相比较。

[0082] 若Vms2＝Vmk时，则按照所述盾构机第二时间段的工作参数矩阵Wk进行第三时间段的工作；

[0083] 若0.8×Vmk＜Vms2＜0.9×Vmk时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wk顺序之后的工作参数矩阵W(k+2)工作；

[0084] 若0.9×Vmk＜Vms2＜Vmk时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wk顺序之后的工作参数矩阵W(k+1)工作；

[0085] 若Vmk＜Vms2＜1.1×Vmk时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wk顺序之前的工作参数矩阵W(k‑1)工作；

[0086] 若1.1×Vmk＜Vms2＜1.2×Vmk时，则按照所述盾构机当前的工作参数矩阵Wk顺序之前的工作参数矩阵W(k‑2)工作。

[0087] 若Vms2＞1.2×Vmk或Vms2＜0.8×Vmk时，所述控制器对隧道当前第二时间段的实际环境信息进行采集，获取实际参数矩阵Es2(Ts2、Ys2、Xs2、Ds2)，其中，Ts2表示当前第二
时间段隧道开挖所在位置的平均温度，Ys2表示当前第二时间段隧道开挖所在位置的平均
硬度，Xs2表示当前第二时间段隧道开挖所在位置的地质，Ds2表示当前第二时间段隧道开
挖所在位置的平均湿度。再根据实际参数矩阵Es的信息获取当前环境系数as2的取值，若
as2在环境参数的最大值和最小值之外时，重新采集环境参数，若二次采集环境参数仍未在
最大值和最小值范围内，则提示当前环境采集故障，当as2在环境参数的最大值和最小值范
围内时，分析环境中预设环境参数与实际参数中的温度、硬度、地质和湿度信息。

[0088] 具体而言，本发明实施例中，根据第二时间段的环境中的实际温度与第一时间段的采集的温度、硬度、地质和湿度重新确定所述盾构机的推进速度、刀盘2的转速、刀盘2的
温度和刀盘2喷出的泡沫剂含量。再根据对应环境参数中当前第二时间段隧道开挖所在位
置的平均温度去调整盾构机刀盘2的温度，根据当前第二时间段隧道开挖所在位置的平均
硬度去调整盾构机刀盘2喷出的泡沫剂，根据当前第二时间段隧道开挖所在位置的地质去
调整盾构机推进速度，根据当前第二时间段隧道开挖所在位置的平均湿度去调整所述盾构
机刀盘2转速。根据调整后的盾构机工作参数进行第三时间段的工作。每间隔预设时间对所
述盾构机的工作参数进行调整，直至完成所述隧道的挖掘工作。

[0089] 应当理解的是，本发明所述盾构机在隧道的开挖过程中，将隧道开挖时间进行了划分，根据预设环境参数首先确定所述盾构机的工作参数，在所述盾构机每工作预设时间
后，对所述盾构机的工作推进速度与预设推进速度进行比较，通过比较判断所述盾构机下
一预设时间内的工作参数，通过在每间隔预设时间对所述盾构机的推进速度进行分析，进
而对盾构机的工作参数进行调整，减少所述盾构机的损耗并提高了盾构机的挖掘效率。

[0090] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本
发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些
更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。