盾構(gòu)掘進模擬試驗系統(tǒng)及土壓平衡技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進綜合了包括光、機、電、液、傳感、信息在內(nèi)的多種學(xué)科應(yīng)用技術(shù)，作為專用隧道工程機械，盾構(gòu)掘進機具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量、導(dǎo)向、糾偏等功能。目前國內(nèi)正在大規(guī)模開展隧道工程建設(shè)，而國內(nèi)盾構(gòu)掘進技術(shù)研究尚處于初期?；诰蜻M機地質(zhì)適應(yīng)性和現(xiàn)場施工環(huán)境特殊性的特點，有必要采用物理模擬方法研制高水平的掘進機綜合模擬試驗平臺，完善全斷面掘進機設(shè)計技術(shù)，盡快掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，提高盾構(gòu)掘進系統(tǒng)可靠性。
　　 本文以盾構(gòu)

2、模擬掘進試驗系統(tǒng)為研究基礎(chǔ)，首先基于實用性和先進性要求對土層模擬加載試驗系統(tǒng)進行了設(shè)計；根據(jù)實際盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和施工過程，完成模擬盾構(gòu)的電液控制系統(tǒng)設(shè)計；針對試驗臺電液控制系統(tǒng)的監(jiān)控要求，利用PLC和LabVIEW軟件搭建了試驗臺的監(jiān)控系統(tǒng)；通過理論分析推導(dǎo)了土壓平衡控制數(shù)學(xué)模型，基于ANFIS推理系統(tǒng)，并應(yīng)用多模型自適應(yīng)土壓平衡控制系統(tǒng)，通過實驗數(shù)據(jù)對控制系統(tǒng)的性能進行仿真研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 第一章先對盾構(gòu)掘

3、進機的施工原理、組成結(jié)構(gòu)及分類等基本知識進行介紹，隨后講述了盾構(gòu)掘進機的歷史及國內(nèi)外發(fā)展歷程，對國內(nèi)外的盾構(gòu)試驗系統(tǒng)和壓力控制技術(shù)研究進行詳細敘述，并針對目前試驗系統(tǒng)設(shè)計及研究中的不足提出了本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章設(shè)計了利用液壓缸加載方式對土體進行加載以模擬現(xiàn)實掘進環(huán)境的加載試驗系統(tǒng)。根據(jù)功能要求采用Soliworks完成加載執(zhí)行機構(gòu)及模擬土箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用Ansys軟件對結(jié)構(gòu)強度進行校核?；诓煌刭|(zhì)和

4、掘進工況特點對加載驅(qū)動液壓系統(tǒng)進行設(shè)計，完成了設(shè)計計算和元件選型。同時也對加載系統(tǒng)中的其他輔助系統(tǒng)和裝置進行了設(shè)計。
　　 第三章采用模塊化設(shè)計方法對模擬掘進機的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并根據(jù)實際盾構(gòu)的施工原理和掘進試驗功能要求完成了模擬盾構(gòu)的電液比例驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、推進和鉸接系統(tǒng)、螺旋輸送系統(tǒng)和管片拼裝機系統(tǒng)。同時還設(shè)計了泥水加壓系統(tǒng)和同步注漿系統(tǒng)，為試驗?zāi)M完整的盾構(gòu)掘進過程奠定基礎(chǔ)。
　　 第四章根據(jù)試

5、驗現(xiàn)場監(jiān)控的功能需求完成了試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使用基于Profibus—DP總線的PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和底層控制功能。在上位機中使用LabVIEW完成人機界面的開發(fā)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計，對上位機通信、監(jiān)控界面的設(shè)計特點、數(shù)據(jù)庫和控制算法的開發(fā)進行了闡述。
　　 第五章建立了土壓平衡控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和螺旋輸送機系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過理論分析推導(dǎo)得到了推進壓力、推進速度和螺旋機轉(zhuǎn)速與土艙壓力之間的關(guān)系。采用AN