华南理工大学;广州山河智能机器股份有限公司钟华山获国家专利权
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龙图腾网获悉华南理工大学;广州山河智能机器股份有限公司申请的专利基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121556878B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610090221.5,技术领域涉及:E21D9/093;该发明授权基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法是由钟华山;吴问霆;江上游;赵军;汪鼎华;刘庭金;韩成;孙乐;魏木胜;付相儒;潘水清;卢刘扬;陈琦;温洪秋;李定设计研发完成,并于2026-01-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法,包括盾构协同控制总系统的构建、前馈控制、实时偏差监测和反馈控制;通过构建集成化的协同控制总系统,采用预训练与在线学习相结合的神经网络模型,能够根据地质参数和实时监测数据动态优化控制参数,减少对人工经验的依赖,降低了因地质不确定性导致的施工风险,提高了超大直径盾构在恶劣地质和小净距并行盾构施工条件下的掘进可靠性,有效防止隧道管片裂缝、渗漏或轴线偏位等结构性损伤,为城市基础设施的安全运营提供了关键技术保障。
本发明授权基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法在权利要求书中公布了:1.基于先行隧道保护的小净距并行盾构低扰动协同控制方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、盾构协同控制总系统的构建:构建一种盾构协同控制总系统,包括数据监测系统、智能决策系统、注浆系统和刀盘系统,各系统之间通过高速网络进行实时数据交互和指令传输;所述数据监测系统负责施工全过程的数据采集,包括集成于所述注浆系统上的探地雷达、压力计、流量计以及设置于地表的沉降仪,分别用于获取壁后注浆体的密实度C1、注浆压力C2和注浆量C3,以及地表监测网点的沉降Si;所述智能决策系统内置具有预训练与在线学习功能的第一神经网络模型和第二神经网络模型;所述第一神经网络模型为一种经预训练并具备在线学习功能的深度循环神经网络模型;所述第一神经网络模型的架构包括第一输入层、第一隐藏层和第一输出层;所述第一输入层用于接收前馈控制输入集O1;所述第一隐藏层采用3至5层长短期记忆单元构成循环结构,每层神经元数量为128至256个,层间引入残差连接,以缓解梯度消失问题,提升训练稳定性;所述第一输出层通过全连接层映射至前馈控制参数P1,使用线性激活函数以确保参数连续可调;所述第一神经网络模型的训练包括预训练阶段和在线学习阶段,其中,在预训练阶段,首先收集超大直径泥水平衡盾构施工的至少1000组历史施工数据构建训练样本集,涵盖砂土、粉质黏土和淤泥质黏土3类地质条件下的历史数据O1、P1和R,采用误差反向传播算法优化网络权重,训练中的损失函数定义为输出值与标签值的均方误差,初始学习率0.001,每1000轮迭代衰减至前一轮的0.9倍,迭代终止条件为损失函数值小于0.0001;在线学习阶段是在实际掘进过程中,当通过所述数据监测系统实时获取的监测数据集R中任一参数偏离预设阈值时,通过基于梯度积累的增量学习算法更新所述第一神经网络模型的模型参数,学习率为预训练阶段的110,确保对地层的自适应优化能力;所述注浆系统用于控制膨润土浆液配比F1、注浆压力F2、注浆量F3,并执行壁后注浆作业;所述刀盘系统装备有旋转可变开挖直径的边缘滚刀机构,用于执行掘进作业和实时调整开挖直径D1; S2、前馈控制:在盾构机开始进入敏感区域的每一个掘进循环之前,所述第一神经网络模型根据前馈控制输入集O1=D2,D3,D4,E1,E2,E3,E4,E5,E6进行预测分析,生成前馈控制参数P1=D1,F1,F2,F3并下发至所述注浆系统和所述刀盘系统并驱动执行;其中E1、E2、E3、E4、E5和E6分别为预先通过勘探获取的即将穿越地层的粘聚力、内摩擦角、弹性模量、密度、含水率和孔隙比;D2为盾构施工里程,D3为隧道设计直径,D4为隧道埋深; S3、实时偏差监测:在盾构机掘进过程中,通过所述数据监测系统获取壁后注浆体的密实度C1、注浆压力C2、注浆量C3和地表监测网点的沉降Si,形成监测数据集R=C1,C2,C3,Si,进而与O1和P1共同构成反馈控制输入集O2=O1,P1,R; S4、反馈控制:所述第二神经网络模型根据反馈控制输入集O2进行实时计算,生成反馈控制参数P2=D1+ΔD1,F1+ΔF1,F2+ΔF2,F3+ΔF3,并下发至所述注浆系统和所述刀盘系统执行;其中,ΔD1、ΔF1、ΔF2和ΔF3分别为D1、F1、F2和F3的调整量。
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