一種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫、盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊和軸線智能糾偏模塊，盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫用于姿態(tài)數(shù)據(jù)管理、管片數(shù)據(jù)管理和盾尾數(shù)據(jù)管理，姿態(tài)數(shù)據(jù)管理，包括盾構(gòu)機(jī)切口水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)切口豎直偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾豎直偏移值，管片數(shù)據(jù)管理，包括管片水平貼片量、管片豎直貼片量，盾尾數(shù)據(jù)管理，包括水平盾尾間隙值、豎直盾尾間隙值；盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊，包括姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，管片數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和盾尾數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊，通過已有的施工和測(cè)量參數(shù)對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)節(jié)姿態(tài)數(shù)據(jù)、管片數(shù)據(jù)、盾尾數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)及測(cè)算，從而指導(dǎo)實(shí)際的盾構(gòu)施工并與測(cè)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。
【專利說明】
-種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于隧道掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 盾構(gòu)機(jī)，也稱為隧道掘進(jìn)機(jī)，是帶防護(hù)罩的特制機(jī)械。盾構(gòu)法是采用盾構(gòu)機(jī)在破碎 巖層或±層中掘進(jìn)隧桐的施工方法。在盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)是按照預(yù)訂軌跡向前 行進(jìn)的。但在施工過程中，很難避免盾構(gòu)機(jī)偏離預(yù)定軌跡的情況，一旦盾構(gòu)機(jī)偏離預(yù)訂軌 跡，就需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)施行糾偏。
[0003] 目前，盾構(gòu)機(jī)的軸線控制主要由巧巾方法來進(jìn)行控制：
[0004] (1)在推進(jìn)過程中依靠盾構(gòu)機(jī)操作手通過油缸千斤頂行程差進(jìn)行控制；盾構(gòu)機(jī)操 作手在推進(jìn)過程中通過盾構(gòu)機(jī)測(cè)量組反饋的數(shù)據(jù)不斷調(diào)整油缸的行程差對(duì)軸線進(jìn)行控制 和糾偏，利用行程差對(duì)盾構(gòu)的姿態(tài)進(jìn)行控制。
[0005] (2)在管片拼裝過程中依靠管片貼片糾正管片的軸線;通過增加對(duì)盾構(gòu)機(jī)管片的 貼片量來達(dá)到管片軸線的控制。然而在實(shí)際工程中，該貼片量往往是憑經(jīng)驗(yàn)貼，從而達(dá)不到 軸線控制的作用。
[0006] (3)對(duì)軸線姿態(tài)較差的管片采用轉(zhuǎn)彎環(huán)管片進(jìn)行糾偏。對(duì)已經(jīng)偏離較大的管片采 用轉(zhuǎn)彎環(huán)對(duì)該軸線進(jìn)行糾偏。
[0007] 然而，W上巧中方法在實(shí)際工程的運(yùn)用中仍存在一定問題。比如：
[000引一，軸線控制同時(shí)依賴于管片的軸線控制及盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的軸線控制，方法（1)僅僅 考慮了姿態(tài)的軸線控制而忽視管片的軸線控制。盾尾間隙會(huì)因此不符合要求而導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)等 不良后果。
[0009] 二，方法（1)的推進(jìn)依賴于測(cè)量組的正確信息，但在實(shí)際工程中。由于測(cè)量組人員 及設(shè)備的原因，往往存在數(shù)據(jù)不真或者滯后的現(xiàn)象，運(yùn)導(dǎo)致了軸線控制的困難。
[0010] =，方法(2)和方法(3)所采取的貼片量或者轉(zhuǎn)彎環(huán)的模形量往往由人工憑經(jīng)驗(yàn)確 定，運(yùn)增加了軸線控制的困難。
[0011] 在工程實(shí)際中，盾構(gòu)的軸線控制比較依賴于人工的經(jīng)驗(yàn)。而且對(duì)后期軸線控制缺 乏預(yù)期的判斷，對(duì)軸線的控制更難W判斷和預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)機(jī)用軸線控制系統(tǒng)，可W通過目前的測(cè)量參數(shù)及 施工參數(shù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的軸線姿態(tài)、管片軸線進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且可W通過目前的盾構(gòu)姿態(tài)、管片軸 線經(jīng)過計(jì)算得出軸線控制。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫、盾 構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊和軸線智能糾偏模塊，
[0014] 盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫用于姿態(tài)數(shù)據(jù)管理、管片數(shù)據(jù)管理和盾尾數(shù)據(jù)管理，
[0015] 姿態(tài)數(shù)據(jù)管理，包括盾構(gòu)機(jī)切口水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)切口豎直偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾 水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾豎直偏移值，
[0016] 管片數(shù)據(jù)管理，包括管片水平貼片量、管片豎直貼片量，
[0017] 盾尾數(shù)據(jù)管理，包括水平盾尾間隙值、豎直盾尾間隙值；
[0018] 盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊，包括姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，管片數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和盾尾數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊，通過 已有的施工和測(cè)量參數(shù)對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)節(jié)姿態(tài)數(shù)據(jù)、管片數(shù)據(jù)、盾尾數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)及測(cè)算， 從而指導(dǎo)實(shí)際的盾構(gòu)施工并與測(cè)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比；
[0019] 盾構(gòu)智能糾偏模塊，包括盾構(gòu)行程建議和管片拼裝建議，通過已有的施工和測(cè)量 參數(shù)進(jìn)行測(cè)算和分析后，對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)節(jié)具體施工直接提出建議值。
[0020] 盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)過程包括：
[0021] BI,獲取上一環(huán)節(jié)的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，包括油缸行程差；
[0022] B2,根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前環(huán)節(jié)掘進(jìn)完時(shí)的盾尾間隙，
[0023] 盾尾間隙表述了管片與盾構(gòu)機(jī)的相對(duì)關(guān)系，其值的大小與盾構(gòu)即與管片的相對(duì)轉(zhuǎn) 角及相對(duì)偏差有關(guān)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)油缸行程差改變量為Au,管 環(huán)寬為b，油缸安裝直徑為D，盾尾間隙的改變量為AT,則水平或垂直方向的AT由式（1)近 似表示： 閨
(1)
[0025] B3,判斷盾尾間隙是否超限，
[0026] 盾尾間隙的合理值同時(shí)考慮兩個(gè)方向的合理值，滿足式(2):
[0027] (ni-n)2+(n2-n)2《n2 (2)
[0028] 其中m、n2分別是本環(huán)水平向及豎直向的盾尾間隙，其大小等于上一環(huán)節(jié)的m、n2 加上AT，n為標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙；
[0029] B4,如果B3中盾尾間隙取得合理值，則進(jìn)入下一步，否則返回B2,調(diào)整油缸行程差；
[0030] B5,輸入管片拼裝參數(shù)，包括管片模形量、貼片量；
[0031] B6,根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的姿態(tài)變化，
[0032] 盾構(gòu)機(jī)中屯、的偏離值由式(3)決定：
[0033] AH=bX 化 n(目廣目）(3)
[0034] 其中01為盾構(gòu)姿態(tài)的絕對(duì)轉(zhuǎn)角，由盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算，
[0035] 而盾構(gòu)機(jī)中屯、坐標(biāo)與切口、盾尾偏差滿足式(4):
[0036] AH=^-S)XAd/L+SXAq/L (4)
[0037] 其中L為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，S為切口到盾構(gòu)機(jī)中屯、的距離，結(jié)合式(3) (4)計(jì)算姿態(tài)的變 化量；
[0038] B7,根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的盾尾間隙變化，
[0039] 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)管片模形量改變量為A Ul,管環(huán)寬為b， 油缸安裝直徑為D，盾尾間隙的改變量為AT,則水平或垂直方向的A T由式(5)近似表示：
[DD4D]
巧)
[0041]當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角不可忽略時(shí)，式(5)可近似為：
[00創(chuàng)
化）
[0043] B8,判斷盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)是否合理，
[0044] 盾尾間隙的合理值應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)方向的合理值，應(yīng)滿足式(7):
[0045] (ni-n)2+(n2-n)2《n2 (7)
[0046] 其中m、n2分別是本環(huán)水平向及豎直向的盾尾間隙，其大小等于上一環(huán)的m、n2加 上A T，n為標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙；
[0047] B9,如果B8中盾尾間隙取得合理值，則進(jìn)入下一步，否則返回B5,調(diào)整施工參數(shù)。 [004引軸線智能糾偏模塊的實(shí)現(xiàn)過程包括：
[0049] Cl,獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0050] C2，糾偏情景及距離判定，根據(jù)其姿態(tài)轉(zhuǎn)角及偏離度判斷其相對(duì)位置，
[0051] 盾構(gòu)存在多種偏離模式，第一偏離模式是方向及水平均偏離，第二偏離模式是水 平偏離但方向不偏離，第=偏離模式是方向偏離但水平未偏離，
[0052] 通過姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，計(jì)算姿態(tài)的偏轉(zhuǎn)角，用W判斷盾構(gòu)方向是否偏離，通過盾構(gòu) 中屯、偏差來判斷盾構(gòu)機(jī)的水平偏離(式子(3))，確定是哪一種偏離模式，
[0053] C3，選擇目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角，例如，當(dāng)?shù)谝黄x模式時(shí)，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)應(yīng)盡快改變方向，此時(shí) 管片偏角轉(zhuǎn)應(yīng)選擇考慮盾尾間隙條件下的最大容許偏轉(zhuǎn)角；當(dāng)?shù)诙x模式時(shí)，此時(shí)盾構(gòu) 機(jī)應(yīng)判斷盾構(gòu)中屯、偏差的大小來選擇:距離較遠(yuǎn)時(shí)，選擇最大容許偏轉(zhuǎn)角，距離較近時(shí)，選 擇較小的偏轉(zhuǎn)角，如第=偏離模式。
[0054] C4,根據(jù)目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算施工參數(shù)建議值，
[0055] 在確定了管片偏轉(zhuǎn)角后，根據(jù)式子
[0化6] AK = DX1:an(0mu-0dq) (8)
[0057]式子中A K為管片模形量加貼片量的值，0mu為目標(biāo)管片偏轉(zhuǎn)角，0dq為當(dāng)前管片偏 轉(zhuǎn)角，
[0化引C5,驗(yàn)算盾尾間隙；
[0059] C6,如果巧中盾尾間隙的驗(yàn)算通過，則進(jìn)入下一步，否則返回C4,調(diào)整施工參數(shù)；
[0060] C7,利用盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算行程差該變量，
[0061 ] 八 T = n-ni Mn、
[00創(chuàng)
川）。
[0063] 利用本發(fā)明的軸線控制系統(tǒng)，在進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)糾偏的同時(shí)考慮管片的偏差管理， 利用軸線控制系統(tǒng)綜合評(píng)估;對(duì)推進(jìn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與測(cè)量組的測(cè)量結(jié)果相互驗(yàn)證，一方 面保證測(cè)量系統(tǒng)的正常，一方面利用該預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行糾偏指導(dǎo);對(duì)推進(jìn)過程中的軸線糾偏 量及管片糾偏量提供準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
【附圖說明】
[0064] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖。
[0065] 圖2是本發(fā)明中盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊流程示意圖。
[0066] 圖3是本發(fā)明中軸線智能糾偏模塊流程示意圖。
[0067] 圖4是本發(fā)明中盾構(gòu)偏離模式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0068] 本發(fā)明建立了一個(gè)盾構(gòu)機(jī)的軸線控制平臺(tái)，該平臺(tái)包括W下部分(見圖1):
[0069] A、盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫；
[0070] B、盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊；
[0071] C、軸線智能糾偏模塊。
[0072] 所述部分A盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫模塊屬于存儲(chǔ)記錄功能模塊，其目的是記錄所有經(jīng)過 本系統(tǒng)計(jì)算或記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)些數(shù)據(jù)的記錄將有利于盾構(gòu)軸線控制的分析和控制，具 體包括：
[0073] 姿態(tài)數(shù)據(jù)管理，包括盾構(gòu)機(jī)切口水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)切口豎直偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾 水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾豎直偏移值等；
[0074] 管片數(shù)據(jù)管理，包括管片水平貼片量、管片豎直貼片量等；
[0075] 盾尾數(shù)據(jù)管理，包括水平盾尾間隙值、豎直盾尾間隙值等；
[0076] 所述部分B盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊屬于本平臺(tái)的計(jì)算模塊，其目的是通過已有的施工 和測(cè)量參數(shù)對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)姿態(tài)數(shù)據(jù)、管片數(shù)據(jù)、盾尾數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)及測(cè)算，從而指導(dǎo)實(shí)際 的盾構(gòu)施工并與測(cè)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，具體包括:姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，管片數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)及盾尾數(shù)據(jù)管 理。
[0077] 所述模塊B的具體實(shí)現(xiàn)過程如下(如圖2所述）：
[0078] ①獲取上環(huán)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，如油缸行程差等；
[0079] ②根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前環(huán)掘進(jìn)完時(shí)的盾尾間隙；
[0080] 盾尾間隙表述了管片與盾構(gòu)機(jī)的相對(duì)關(guān)系，其值的大小與盾構(gòu)即與管片的相對(duì)轉(zhuǎn) 角及相對(duì)偏差有關(guān)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)油缸行程差改變量為Au,管 環(huán)寬為b，油缸安裝直徑為D，盾尾間隙的改變量為AT,則水平(垂直)方向的A T可由下式近 似表示：
[0081]
[0082] Wf習(xí)I/曰巧IiKi隙是否超限；
[0083] 盾尾間隙的合理值應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)方向的合理值，應(yīng)滿足式：
[0084] (ni-n)2+(n2-n)2《n2
[0085] 其中m、n2分別是本環(huán)水平向及豎直向的盾尾間隙（其大小等于上一環(huán)節(jié)的m、n2 加上at), n為標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙。
[0086] ④如果③中盾尾間隙取得合理值，則進(jìn)入下一步，否則返回②，調(diào)整油缸行程差；
[0087] ⑤輸入管片拼裝參數(shù)，如管片模形量、貼片量等；
[0088] ⑥根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的姿態(tài)變化；
[0089] 盾構(gòu)推進(jìn)過程中，千斤頂行程差改變了盾構(gòu)姿態(tài)的偏轉(zhuǎn)角和相對(duì)轉(zhuǎn)角，但盾構(gòu)機(jī) 中屯、與軸線的偏差本質(zhì)上是由頂在盾構(gòu)機(jī)末端的管片偏轉(zhuǎn)角決定的。因此，盾構(gòu)機(jī)中屯、的 偏離值可由式?jīng)Q定：
[0090] AH=bX^n(0r0)
[0091] 其中01為盾構(gòu)姿態(tài)的絕對(duì)轉(zhuǎn)角，可由盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算。
[0092]而盾構(gòu)機(jī)中屯、坐標(biāo)與切口、盾尾偏差滿足式：
[OOW] AH=^-S)XAd/L+SXAq/L
[0094]其中L為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，S為切口到盾構(gòu)機(jī)中屯、的距離，結(jié)合上述兩式可計(jì)算姿態(tài)的 變化量。
[00%]⑦根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的盾尾間隙變化；
[0096] 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)管片模形量改變量為A Ul,管環(huán)寬為b， 油缸安^畝4否*n居屋I苗晩的改變量為A T，則水平(垂直)方向的A T可由下式近似表示：
[0097]
[0098] 吁的相對(duì)轉(zhuǎn)角不可忽略時(shí)，上式可近似應(yīng)改為：
[0099]
[0100] ⑧判斷盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)是否合理；
[0101] 盾尾間隙的合理值應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)方向的合理值，應(yīng)滿足式：
[0102] (ni-n)2+(n2-n)2《n2
[0103] 其中m、n2分別是本環(huán)水平向及豎直向的盾尾間隙（其大小等于上一環(huán)的m、n2加 上AT), n為標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙。
[0104] ⑨如果⑧中盾尾間隙取得合理值，則進(jìn)入下一步，否則返回⑤，調(diào)整施工參數(shù)；
[01化]⑩重復(fù)步驟。
[0106] 所述部分C盾構(gòu)智能糾偏模塊屬于本平臺(tái)的計(jì)算模塊，其目的是通過已有的施工 和測(cè)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)算和分析后，對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)具體施工直接提出建議值，具體包括:盾構(gòu) 行程建議及管片拼裝建議。
[0107] 所述模塊C的具體實(shí)現(xiàn)過程如下(如圖3所示）：
[0108] ①獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0109] ②糾偏情景及距離判定，根據(jù)其姿態(tài)轉(zhuǎn)角及偏離度判斷其相對(duì)位置；
[0110] 如圖4所示，盾構(gòu)存在多種偏離模式，方向及水平均偏離（圖4-a)、水平偏離但方向 不偏離（圖4-b)、方向偏離但水平幾乎未偏離（圖4-C)。通過姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，計(jì)算姿態(tài)的偏 轉(zhuǎn)角，用W判斷盾構(gòu)方向是否偏離，通過盾構(gòu)中屯、偏差來判斷盾構(gòu)機(jī)的水平偏離（式子 (6))，最終可確定糾偏情景。
[0111] ③目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角的選擇；
[0112] 例如，當(dāng)如圖4-a時(shí)，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)應(yīng)盡快改變方向，此時(shí)管片偏角轉(zhuǎn)應(yīng)選擇考慮盾 尾間隙條件下的最大容許偏轉(zhuǎn)角；當(dāng)如圖4-b時(shí)，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)應(yīng)判斷盾構(gòu)中屯、偏差的大小來 選擇:距離較遠(yuǎn)時(shí)，選擇最大容許偏轉(zhuǎn)角，距離較近時(shí)，選擇較小的偏轉(zhuǎn)角，如圖4-C情景。
[0113] ④根據(jù)目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算施工參數(shù)建議值；
[0114] 在確定了管片偏轉(zhuǎn)角后，根據(jù)式子
[011引 AK = DX化n(目mu-目化）
[0116] 式子中A K為管片模形量加貼片量的值，0mu為目標(biāo)管片偏轉(zhuǎn)角，0dq為當(dāng)前管片偏 轉(zhuǎn)角。值得說明的是，AK在施工過程中有上限，并且該數(shù)值應(yīng)滿足盾尾間隙的驗(yàn)算。
[0117] ⑤盾尾間隙驗(yàn)算；
[0118] ⑥如果⑤中盾尾間隙的驗(yàn)算通過，則進(jìn)入下一步，否則返回④，調(diào)整施工參數(shù)；
[0119] ⑦利用盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算行程差建議值；
[0120] 盡管千斤頂行程差可W直接而有效地改變盾構(gòu)姿態(tài)，但其本質(zhì)上影響的是盾構(gòu)姿 態(tài)偏轉(zhuǎn)角和相對(duì)偏轉(zhuǎn)角，在軸線糾偏時(shí)，千斤頂行程差的調(diào)整應(yīng)配合盾構(gòu)管片施工，一方面 修正姿態(tài)，一方面調(diào)整盾尾間隙至標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙。如式子(10)，結(jié)合式子(2)，可得(11)。
[0121] AT = n-ni (10)
[0123] W里畏巧驟。
[0122]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫、盾構(gòu)智能預(yù)測(cè) 模塊和軸線智能糾偏模塊， 盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)據(jù)庫用于姿態(tài)數(shù)據(jù)管理、管片數(shù)據(jù)管理和盾尾數(shù)據(jù)管理， 姿態(tài)數(shù)據(jù)管理，包括盾構(gòu)機(jī)切口水平偏移值、盾構(gòu)機(jī)切口豎直偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾水平 偏移值、盾構(gòu)機(jī)盾尾豎直偏移值， 管片數(shù)據(jù)管理，包括管片水平貼片量、管片豎直貼片量， 盾尾數(shù)據(jù)管理，包括水平盾尾間隙值、豎直盾尾間隙值； 盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊，包括姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，管片數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和盾尾數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊，通過已有 的施工和測(cè)量參數(shù)對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)節(jié)姿態(tài)數(shù)據(jù)、管片數(shù)據(jù)、盾尾數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)及測(cè)算，從而 指導(dǎo)實(shí)際的盾構(gòu)施工并與測(cè)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比； 盾構(gòu)智能糾偏模塊，包括盾構(gòu)行程建議和管片拼裝建議，通過已有的施工和測(cè)量參數(shù) 進(jìn)行測(cè)算和分析后，對(duì)盾構(gòu)的下一環(huán)節(jié)具體施工直接提出建議值。2. 如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)，其特征在于，盾構(gòu)智能預(yù)測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)過 程包括： Bl，獲取上一環(huán)節(jié)的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，包括油缸行程差； B2,根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前環(huán)節(jié)掘進(jìn)完時(shí)的盾尾間隙， 盾尾間隙表述了管片與盾構(gòu)機(jī)的相對(duì)關(guān)系，其值的大小與盾構(gòu)即與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角及 相對(duì)偏差有關(guān)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)油缸行程差改變量為Au,管環(huán)寬 為b，油缸安裝直徑為D，盾尾間隙的改變量為AT,則水平或垂直方向的AT由式（1)近似表 示：(1) B3,判斷盾尾間隙是否超限， 盾尾間隙的合理值同時(shí)考慮兩個(gè)方向，滿足式(2): (ni-n)2+(n2-n)2《n2 (2) 其中m、n2分別是本環(huán)水平向及豎直向的盾尾間隙，其大小等于上一環(huán)節(jié)的m、n2加上A T，n為標(biāo)準(zhǔn)盾尾間隙； B4,如果B3中盾尾間隙滿足式子(2)則進(jìn)入下一步，否則返回B2,調(diào)整油缸行程差； B5，輸入管片拼裝參數(shù)，包括管片模形量、貼片量； B6，根據(jù)理論行程差預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的姿態(tài)變化， 盾構(gòu)機(jī)中屯、的偏離值改變量由式(3)決定： AH=bXtan(目廣目） (3) 其中01為盾構(gòu)姿態(tài)的絕對(duì)轉(zhuǎn)角，由盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算， 而盾構(gòu)機(jī)中屯、坐標(biāo)改變量與切口、盾尾偏差改變量滿足式(4): AH=a-S)X Ad/L+SX Aq/L (4) 其中L為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，S為切口到盾構(gòu)機(jī)中屯、的距離，結(jié)合式(3)(4)計(jì)算姿態(tài)的變化量； B7,根據(jù)管片模形量預(yù)測(cè)當(dāng)前拼裝完畢后的盾尾間隙變化， 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)與管片的相對(duì)轉(zhuǎn)角可忽略時(shí)，設(shè)管片模形量改變量為A Ul，管環(huán)寬為b，油缸 安裝直徑為D，盾尾間隙的改變量為AT,則水平或垂直方向的A T由式(5)近似表示： (5) 相對(duì)轉(zhuǎn)角不可忽略時(shí)，式巧)可近似為：(6) B8,判斷盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)是否合理， 盾尾間隙的合理值應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)方向，應(yīng)滿足式(2)， 盾構(gòu)姿態(tài)的合理與否取決于現(xiàn)場(chǎng)判斷； B9,如果B8中盾尾間隙滿足式子(2)且盾構(gòu)姿態(tài)取得了合理值，則進(jìn)入下一步，否則返 回B5,調(diào)整施工參數(shù)，至此本輪的預(yù)測(cè)完成，B6中測(cè)算的姿態(tài)變化及B7后得到的盾尾間隙變 化即為預(yù)測(cè)結(jié)果。3.如權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)機(jī)軸線控制系統(tǒng)，其特征在于，軸線智能糾偏模塊的實(shí)現(xiàn)過 程包括： Cl,獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)； C2，糾偏情景及距離判定，根據(jù)其姿態(tài)轉(zhuǎn)角及偏離度判斷其相對(duì)位置， 盾構(gòu)存在多種偏離模式，第一偏離模式是方向及水平均偏離，第二偏離模式是水平偏 離但方向不偏離，第=偏離模式是方向偏離但水平未偏離， 通過姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，計(jì)算姿態(tài)的偏轉(zhuǎn)角，用W判斷盾構(gòu)方向是否偏離，通過盾構(gòu)中屯、 偏差來判斷盾構(gòu)機(jī)的水平偏離(式子(3))，確定是哪一種偏離模式， C3,選擇目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角， C4，根據(jù)目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算施工參數(shù)建議值， 在確定了管片偏轉(zhuǎn)角后，根據(jù)式子 A K = D X tan(目mu-目dq) (7) 式子中A K為管片模形量加貼片量的值，0mu為目標(biāo)管片偏轉(zhuǎn)角，0dq為當(dāng)前管片偏轉(zhuǎn)角， C5,驗(yàn)算盾尾間隙;將AK代入式子(5)、（6)中替代Aul計(jì)算盾尾間隙變化量，并根據(jù)式 子(7)驗(yàn)算盾尾間隙， C6,如果巧中盾尾間隙的驗(yàn)算通過，則進(jìn)入下一步，否則返回C4,調(diào)整施工參數(shù)； C7，利用盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算行程差改變量，) (9)。
【文檔編號(hào)】E21D9/093GK105909270SQ201610242992
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】章宏偉, 王寧, 林楠, 揚(yáng)星光, 童振新, 宋少騫
【申請(qǐng)人】上海建科工程咨詢有限公司