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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别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：CN121701295B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-24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：202610209262.1，技术领域涉及：E21F17/18；该发明授权一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别方法是由章俊;刘满昊;张泽宇;张晓岩;康瑞玲;陆启琪;周俊杰设计研发完成，并于2026-02-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别方法，属于隧道与地下工程超前探测技术领域，在盾构机管片上呈环向阵列布设多个振动速度传感器，通过各振动速度传感器采集数据直接获取或通过对采集数据解算指向掌子面破岩源的径向速度信号；利用振动速度信号对能量传递的敏感性及高频分量对岩性脆性的指向性，有效滤除了管片低频模态干扰，并依据岩石破碎动力响应特性，构建高频能量比评价指标及其变异系数CV，生成极坐标岩性特征图；通过分析极坐标岩性特征图的面积特征与几何畸变特征，实现对掌子面均质地层的硬度及复合地层产状的近场可视化精准识别。

本发明授权一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别方法在权利要求书中公布了：1.一种基于TBM破岩振动高频能量比的掌子面软硬识别方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、构建近场环向速度监测阵列：在TBM的管片上布设多个测点，构建近场环向阵列观测系统，用于实时采集掘进过程中的振动速度信号； 步骤二、径向破岩响应获取与解算：获取各测点振动速度信号在切眼方向的分量和垂直顶底板方向的分量；基于各测点在隧道断面坐标系中的位置坐标，利用坐标变换消除管片环向模态干扰，解算出指向掌子面破岩源的径向振动速度； 步骤三、信号预处理：对径向振动速度进行预处理，得到处理后的纯净信号； 步骤四、时窗截取与谱分析：设定滑动时间窗，对纯净信号进行截取，并对当前时间窗内的信号片段进行离散傅里叶变换，获取各测点的频域速度功率谱密度； 步骤五、高频能量比提取：依据岩石脆性破碎激发高频速度响应的特性，设定特征截止频率；计算各测点的频域速度功率谱密度中高于特征截止频率的能量与全频段总能量的比值，定义为高频能量比，具体计算公式为： 式中，为第个测点的高频能量比；为频域速度功率谱密度；为特征截止频率；的取值具体为：选取高于TBM刀盘机械旋转基频及其倍频、且高于管片结构低阶模态频率的频点，同时该频点需低于硬岩脆性断裂诱发的主频带下限； 步骤六、极坐标岩性特征图成像：以各振动传感器的安装角度为特征图轴向，以计算所得的值为轴向幅值，构建极坐标岩性特征图； 步骤七、掌子面地质结构产状识别与更新：计算特征图的几何形态及变异系数，分析判定掌子面地质结构类型，并随着TBM掘进按照设定步长更新特征图，实现地质条件的动态实时预报；所述变异系数具体计算过程为：构建个测点值的变异系数： 其中为所有测点值的均值；为第个测点的高频能量比；N为测点的数量。

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