基于壓力場法向量的土壓平衡盾構(gòu)穩(wěn)定控制方法.pdf

1、土壓平衡盾構(gòu)是一種用于地下空間開發(fā)及隧道施工的大型工程機械，廣泛應(yīng)用于地鐵隧道、市政建設(shè)、資源開采、水利設(shè)施建設(shè)等地下工程建設(shè)。在盾構(gòu)掘進過程中，開挖面不穩(wěn)定是造成掘進面上方地層發(fā)生斷裂、坍塌等嚴重事故的直接原因，危害隧道施工安全，影響施工進度。
　　盾構(gòu)的土壓平衡是指通過調(diào)整螺旋輸送機的排土量及千斤項推進速度等掘進參數(shù)來控制盾構(gòu)密封艙內(nèi)的泥土壓力，使之與掘進面前方土壤壓力保持均衡。維持盾構(gòu)土壓平衡的目的是為了控制開挖面上方地層位

2、移，確保地面設(shè)施、盾構(gòu)設(shè)備及工作人員的安全?，F(xiàn)有的開挖面穩(wěn)定性評估方法是根據(jù)密封艙內(nèi)各土壓傳感器壓力變化情況，通過操作人員的經(jīng)驗完成，難以對密封艙的泥土在掘進面上的壓力分布和變化情況進行全面分析，不能對密封艙壓力與開挖面前方土壤壓力不匹配的情況做出及時判斷，導(dǎo)致地層發(fā)生斷裂、坍塌等嚴重事故的發(fā)生。因此全面考慮密封艙內(nèi)部土壓變化情況，研究更有效的開挖面穩(wěn)定性評估方法，利用先進控制策略實現(xiàn)盾構(gòu)機土壓平衡的自動控制，對于盾構(gòu)掘進的高效和安全意

3、義重大。針對以上問題，本文做了如下的工作:
　　本文在對盾構(gòu)密封艙土壓力變化情況進行全面分析的基礎(chǔ)上，提出了一種采用盾構(gòu)密封艙內(nèi)土壤壓力場曲面的法向量來判斷盾構(gòu)掘進時開挖面穩(wěn)定性的方法。該方法采用基于離散函數(shù)導(dǎo)數(shù)的離散曲面法向量估算方法，通過在線估算密封艙內(nèi)土壤壓力場曲面的法向量，實時分析刀盤前方土壤的主動及被動土壓力極限平衡情況，從而判斷刀盤前方開挖面的穩(wěn)定情況。繼而，本文提出一種基于PSO算法對盾構(gòu)掘進參數(shù)進行尋優(yōu)，控制密封艙