盾构机自动控制技术现状与展望

盾构机是用于开挖隧道等地下施工的专用工程机械。由于地质条件、工况的不确定性以及掘进装备的高度复杂性,导致其施工安全问题仍然是世界性的重大技术难题。为了防止地表塌陷等灾难性事故发生,实现盾构机安全、高效掘进施工,施工过程的全自动化、智能化是盾构技术发展的必然趋势。简要介绍国内外盾构机的发展状况,重点论述盾构掘进系统及位姿自动控制技术的研究进展与现状,结合工程实际以及未来的发展趋势,分析在掘进系统的控制模型与控制策略、运动轨迹的动态规划与位姿控制、控制系统的集成与优化等方面存在的问题,并提出改进意见,尤其对掘进系统的刀盘、推进、排渣等多子系统的控制问题,提出协调控制策略。

盾构掘进机土压平衡的实现

为了控制地面沉降,减少地表变形,采用电液比例控制技术对盾构掘进机推进液压系统和螺旋输送机液压系统进行了集成设计.其中推进液压系统采用了比例压力流量复合控制技术,螺旋输送机液压系统采用了电反馈比例控制技术,在模拟试验台上进行了土压平衡实验分析.结果表明,通过实时控制推进速度或螺旋输送机转速,对盾构掘进机进行推进控制或排土控制操作,可控制密封仓内土压力在设定范围内,从而实现土压平衡.

基于前馈反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈密封舱压力反馈的土压平衡控制系统。建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿。同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度。利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性。结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54%,而反馈系统为6.52%,因此证明当推进速度波动时,采用前馈反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能。

基于实测渣土输出流量反馈的双闭环盾构土压平衡控制探索

现有的盾构土压平衡控制系统中,通常通过控制螺旋输送机的转速改变渣土输出流量实现对密封舱压力的控制。为克服螺旋输送机理论计算渣土流量与实际输出流量存在的偏差对密封舱压力精确控制产生的影响,在现有盾构土压平衡控制系统的基础上,在输送渣土的皮带机上安装皮带秤,以准确实时测得螺旋输送机的瞬时渣土输出流量作为反馈信号构成螺旋输送机转速的控制闭环,并与密封舱压力的反馈信号构成盾构土压平衡双闭环控制系统。通过仿真分析和现场试验验证了所建立控制系统的有效性。

浅谈土压盾构工法中运输系统安全管理

土压盾构工法在城市隧道建设中得到广泛的应用,结合广州地铁土压盾构施工特点,提出从人和物两个方面对运输系统进行安全管理,为土压盾构施工中运输系统的安全管理提供一些思路。