本发明涉及隧道工程及数学，尤其是涉及一种基于适应性评价的tbm选型方法。
背景技术：
1、随着信息化的推动和智能化设备的发展，通过tbm进行掘进的隧道工程越来越多，针对不同的施工条件选择不同类型的tbm是重中之重，影响tbm选型的因素很多，包括：地质条件、地质灾害、设计参数等，一旦对这些因素的把握不够充分，tbm选型不合适。就会出现tbm的掘进效率极低，使用成本也会急剧上升。针对这种情况，开发一种评价tbm选型适应性的方法就显得格外重要，由于影响tbm选型的因素多且复杂，且难以量化分析，因此，本发明选择了模糊综合评价法来评价tbm的选型适应性。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于适应性评价的tbm选型方法，根据实际地质情况、隧道设计参数和遭遇的地质灾害进行掘进适应性评价，有效指导tbm的选型。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于适应性评价的tbm选型方法，包括以下步骤：
3、s1、从众多影响因素中找出对tbm选型适应性影响最大的因素作为评价指标；
4、s2、通过模糊数学理论针对不同的tbm类型将评价指标转化为模糊隶属函数；
5、s3、通过层次熵权法确定每组隶属函数的评价指标权重；
6、s4、通过向量乘法计算tbm的掘进适应性。
7、s5、建立tbm掘进适应性评价等级划分。
8、优选的，在步骤s1中，所述评价指标包括：
9、隧道设计参数包括隧道曲线半径；
10、地质情况包括岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数；
11、地质灾害包括断层破碎带、突涌水、围岩大变形和岩爆。
12、优选的，在步骤s2中，所述隶属函数包括：
13、(1)隧道曲线半径，公式如下：
14、
15、
16、uo1(xo1)表示敞开式tbm隧道曲线半径隶属函数；us1(xs1)表示单护盾tbm隧道曲线半径隶属函数；ud1(xd1)表示双护盾tbm隧道曲线半径隶属函数；xo1表示敞开式tbm隧道曲线半径；xs1表示单护盾tbm隧道曲线半径；xd1表示双护盾tbm隧道曲线半径；
17、(2)岩石单轴抗压强度，公式如下：
18、
19、
20、uo2(xo2)表示敞开式tbm岩石单轴抗压强度隶属函数；us2(xs2)表示单护盾tbm岩石单轴抗压强度隶属函数；ud2(xd2)表示双护盾tbm岩石单轴抗压强度隶属函数；xo2表示敞开式tbm岩石单轴抗压强度；xs2表示单护盾tbm岩石单轴抗压强度；xd2表示双护盾tbm岩石单轴抗压强度；
21、(3)岩体完整性系数，公式如下：
22、
23、
24、uo3(xo3)表示敞开式tbm岩体完整性隶属函数；us3(xs3)表示单护盾tbm岩体完整性隶属函数；ud3(xd3)表示双护盾tbm岩体完整性隶属函数；xo3表示敞开式tbm岩体完整性系数；xs3表示单护盾tbm岩体完整性系数；xd3表示双护盾tbm岩体完整性系数；
25、(4)断层破碎带：
26、
27、
28、uo4(xo4)表示敞开式tbm断层破碎带隶属函数；us4(xs4)表示单护盾tbm断层破碎带隶属函数；ud4(xd4)表示双护盾tbm断层破碎带隶属函数；xo4表示敞开式tbm断层破碎带宽度；xs4表示单护盾tbm断层破碎带；xd4表示双护盾tbm断层破碎带宽度；
29、(5)围岩大变形：
30、
31、
32、uo5(xo5)表示敞开式tbm围岩大变形隶属函数；us5(xs5)表示单护盾tbm围岩大变形隶属函数；ud5(xd5)表示双护盾tbm围岩大变形隶属函数；xo5表示敞开式tbm围岩大变形量；xs5表示单护盾tbm围岩大变形量；xd5表示双护盾tbm围岩大变形量；
33、(6)突涌水：
34、
35、
36、uo6(xo6)表示敞开式tbm突涌水隶属函数；us6(xs6)表示单护盾tbm突涌水隶属函数；ud6(xd6)表示双护盾tbm突涌水隶属函数；xo6表示敞开式tbm突涌水量；xs6表示单护盾tbm突涌水量；xd6表示双护盾tbm突涌水量；
37、(7)岩爆：
38、
39、
40、uo7(xo7)表示敞开式tbm岩爆隶属函数；us7(xs7)表示单护盾tbm岩爆隶属函数；ud7(xd7)表示双护盾tbm岩爆隶属函数；xo7表示敞开式tbm岩爆弹性能量系数；xs7表示单护盾tbm岩爆弹性能量系数；xd7表示双护盾tbm岩爆弹性能量系数。
41、优选的，在步骤s3中，包括以下步骤：
42、s31、根据评价指标之间的相对重要性关系构造判断矩阵；
43、s32、根据判断矩阵对评价指标的权重进行计算，构造权重向量并进行权重排序得出权重向量r；
44、s33、对权重向量和判断矩阵进行一致性判断；
45、s34、最后，使用熵权法对权重进行修正，得到最终的权重。
46、优选的，在步骤s31中，根据评价指标之间的相对重要性关系确定判断矩阵，判断矩阵满足如下公式：
47、
48、式中，aij表示矩阵中的元素；i表示行；j表示列。
49、优选的，在步骤s32中，通过计算判断矩阵的最大特征值的特征向量并进行标准化确定评价指标的权重向量，具体公式如下：
50、
51、
52、δi表示行向量；δj表示列向量；n表示矩阵的阶数；αj表示标准化列向量；αi表示标准化行向量；λmax表示最大特征值；
53、将所有评价指标求得的λmax按顺序排序得出权重向量r。
54、优选的，在步骤s33中，通过计算判断矩阵的一致性指数ci、一致性指标ri和随机一致性比率cr来判判断矩阵是否满足一致性，公式如下：
55、
56、
57、
58、式中，表示特征值的平均值。
59、优选的，在步骤s34中，所述熵权法修正，包括以下步骤:
60、首先，对通过一致性检验的判断矩阵进行标准化处理，得到标准化的判断矩阵：
61、
62、求评价指标的熵ej
63、
64、求评价指标的修正系数μj
65、
66、求权重系数θj
67、
68、最后，得到修正后的权重ωj
69、ωj＝0.5αj+0.5θj
70、式中，rij表示判读矩阵的元素，a表示判断矩阵。
71、优选的，在步骤s4中，tbm的掘进适应性为d，权重向量为r，评价指标向量为u，通过以下公式计算，得出tbm掘进适应性：
72、d＝u×r
73、式中，u∈{uo1(xo1)、us1(xs1)、ud1(xd1)、uo2(xo2)、us2(xs2)、ud2(xd2)、uo3(xo3)、us3(xs3)、ud3(xd3)、uo4(xo4)、us4(xs4)、ud4(xd4)、uo5(xo5)、us5(xs5)、ud5(xd5)、uo6(xo6)、us6(xs6)、ud6(xd6)、uo7(xo7)、us7(xs7)、ud7(xd7)}。
74、因此，本发明采用上述一种基于适应性评价的tbm选型方法，能够基于模糊数学理论对tbm的选型适应性进行评价，并且该种预测是在保障正常施工的前提下进行的。本发明提供的技术方案，能够根据地质条件、不良地质和隧道设计参数的差异性对tbm的选型适应性做出评价，使得工作人员能够对施工情况有较为明确的了解，保障了tbm隧道施工的正确指导。
75、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s1中，所述评价指标包括：隧道设计参数、地质情况和地质灾害：
3.根据权利要求2所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s2中，所述隶属函数包括：
4.根据权利要求2所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s3中，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s31中，根据评价指标之间的相对重要性关系确定判断矩阵，判断矩阵满足如下公式：
6.根据权利要求5所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s32中，通过计算判断矩阵的最大特征值的特征向量并进行标准化确定评价指标的权重向量，具体公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s33中，通过计算判断矩阵的一致性指数ci、一致性指标ri和随机一致性比率cr来判判断矩阵是否满足一致性，公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s34中，所述熵权法修正，包括以下步骤:
9.根据权利要求2或6所述的一种基于适应性评价的tbm选型方法，其特征在于，在步骤s4中，tbm的掘进适应性为d，权重向量为r，评价指标向量为u，通过以下公式计算，得出tbm掘进适应性：
