小松盾构机ROBOTEC导向系统初始化技术研究

盾构施工导向系统使用时,初始化精度对于盾构顺利掘进和精确贯通至关重要。目前ROBOTEC导向系统初始化精度相对较低,尤其是盾构多次使用后,盾尾会发生较大变形,将大大降低初始化精度,有时甚至会得出错误的初始化数据。通过对盾壳的测量及在盾尾内部增加参考点的三维旋转法,有效地提高了导向系统初始化精度,并可在掘进中利用盾尾增设参考点随时方便地检查导向系统的正确性。     

联系三角形定向在地铁盾构隧道中的应用分析

针对盾构法施工地铁隧道竖井井口较大的特点,采用联系三角形定向法进行平面联系测量较容易布设成优化的三角形形状,通过精度评定及测量实例分析,从理论与实践上验证了该方法能够达到满足地铁贯通要求的定向精度,在竖井井口较深且具备布设条件时联系三角形定向可作为盾构隧道平面联系测量的首选方法。     

全站仪在管片结构竖向位移监测中的应用

依据全站仪三角高程测量方法,确定地铁盾构隧道中管片结构竖向位移的测量方式,研究全站仪在地铁隧道施工监控中测量管片结构竖向位移的原理,推导竖向位移测量中误差公式,依据该公式对不同测量环境下测量精度进行分析,确定测量方法的适用范围,并通过实际工程应用分析验证其可靠性。结果表明,采用全站仪三角高程方法测量隧道管片结构竖向位移,方法简单、迅速,可节省大量人力、物力,在满足一定要求的前提下测量精度满足规范要求。     

盾构自动导向方法的应用研究

介绍了自动导向系统在盾构施工现阶段国际、国内的发展及应用概况对比，并结合典型实例对自动测量系统的应用进行了介绍。     

轿车车门关闭力—位移自动测试系统

应用力与位移传感器和计算机技术，研制了轿车车门关闭力—位移自动测量系统。该系统能够同时采集关门过程中车门的关门力和位移。实测结果表明，该测量系统结构简单、操作方便，测量精度满足实际要求。     

机械法联络通道施工自动导向及监测技术

机械法施工作为当今联络通道施工的发展方向,一方面因测量通道空间狭小和测站不规则位移等原因,其施工导向测量手段仍然停留在人工测量阶段,降低了机械法的施工效率;另一方面为掘进面附近受力管片的位移监测也多为人工方法,难以满足监测时效性的需求。为了同步解决机械法联络通道施工导向测量和监测的问题,开发了一套机械法联络通道自动导向系统。该系统基于高精度光纤陀螺的指北原理,采用光纤陀螺与双轴倾斜仪和目标棱镜组合构成导向靶,通过巧妙布设的基准棱镜和监测棱镜,在自动导向的同时也能够实现管片位移监测。     

基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究

为预防盾构故障、降低施工风险,通过长期对盾构检测数据积累和运行状态的研究,研制一套适用于盾构的油液在线监测系统,能够对主轴承润滑油、液压油的黏度、水分和激光颗粒度等指标进行实时监测和远程监测,分析和判断盾构的性能状态,确保盾构顺利施工。在盾构上安装该系统进行试验,系统采集的数据与离线检测的数据基本一致,部分数据最大偏差3.62%,能够反映出盾构运行的真实状态,数据的稳定性和准确性也能满足使用需求。盾构油液在线监测系统的成功研制可为今后盾构管理工作的自动化、网络化、智能化奠定基础。     

电子全站仪机载雷达标校系统研究与开发

针对机载雷达标校问题,研究基于电子全站仪的三维坐标测量数据采集技术,开发了一套适合机载雷达方位角和俯仰角的精确标校系统,该系统具有设备简单,安装便捷,容易操作,精度高等优点。测试结果表明该机载雷达标校系统完全满足实际应用的技术要求。     

GPS RTK在线路测量工程中的应用分析

通过野外实验和生产实践,讨论了GPS RTK测量技术及在线路工程测量中的应用,分析说明10 km以下测程范围内,RTK的测量精度能满足大比例尺线路数字测图要求,并用实例验证了RTK施工放样的精度和可靠性,表明RTK测量可以较好地满足公路设计和施工中的定线、放样测量的要求。     

强涌潮水域埋置式承台双壁钢围堰的下放精度控制

嘉绍跨江大桥主桥埋置式承台采用无底双壁钢围堰施工,施工中主要采取定位导向系统、吊点荷载控制、测量监控等方法控制围堰下放精度。下放过程中,采用固定在群桩护筒和钢围堰上的特制定位导向系统控制围堰平面偏位和垂直度;采用计算机控制系统监控吊点荷载,指导围堰舱壁内的加、卸载以及围堰内、外的吸泥;采用测量监控系统分析、计算围堰姿态,指导围堰的下放及纠偏施工。通过对围堰下放精度的控制,围堰下放平面偏位保持在5～8cm,垂直度达到1/400以上,均满足规范要求。     

盾构推进液压系统控制模式的分析比较

盾构为隧道施工的重大技术装备,推进系统性能的好坏直接影响盾构姿态、施工开挖隧道线路的精准度以及掘进速度。盾构在软弱地层的施工过程中,某些盾构容易出现姿态控制困难及"栽头"现象,文章通过对不同厂家推进系统控制模式进行研究及原因分析,从理论上与实际监测进行比较得出结论。就目前国内外盾构产品而言,推进液压系统控制模式主要有2种,比例压力流量复合控制方案和比例减压阀控制方案,通过AMESim仿真、理论分析,并结合现场的实际监测数据比较了2种控制模式下执行机构动态响应特性,从而对盾构的可操作性及姿态控制特性进行分析比较,以期对推进液压系统的设计及盾构的选型、使用有一定的参考价值。     

基于自动深度学习盾构掘进姿态预测与控制

提出了基于自动深度学习（AutoDL）算法和多目标优化算法的结合可实现数据驱动的姿态偏差控制指导,用于盾构掘进姿态的预测与控制,以解决现有盾构掘进姿态预测中所面临的执行难度高、成本高、效率低等问题,可用于自动精准地预测盾构掘进姿态随着工程进展的动态变化趋势,并针对盾构机施工状态执行多目标优化算法,快速自动搜寻最优策略,实时调整合适的盾构操作参数,减少对于现场操作人员经验和主观判断的依赖。以上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程隧道A线工程为例,展示该算法框架的优越性。研究结果有助于降低深度学习进入盾构智能控制领域的门槛,推动智能盾构发展。     

盾构推进姿态控制策略研究

为提高盾构施工过程中姿态控制系统的控制精度和控制性能,提出一种盾构推进姿态控制策略。该策略将轨迹自动跟踪控制方法与模糊自适应PID闭环控制算法相结合,通过轨迹、位移、压力等多个闭环反馈实现对各个分区液压缸的速度控制,保证盾构推进轨迹按照设计的隧道轴线运行,并通过电液控制试验平台中的推进系统对提出的策略进行试验验证。结果表明,文章提出的控制策略能够使位移偏差维持在5 mm之内,可以很好地满足施工要求。     

高水压泥水平衡盾构掘进模型试验平台的研制与应用

为了实现可在2.0 MPa高水压环境下开展盾构试验研究的基础试验条件,结合拟建的琼州海峡隧道工程背景,充分调研了国内外盾构模型机研究成果,并根据试验研究的需求,研发了高水压多功能泥水平衡盾构模型试验平台。试验平台研制过程中攻克了在缩尺盾构模型机中实现泥水循环功能的问题,解决了高水压(2.0 MPa)下盾构机以及土箱整体强度和密封问题,实现了盾构姿态改变、变覆土高度等功能。按照一定的试验先期准备步序,在不同水压条件下,对泥水平衡盾构开挖过程中盾构姿态动态变化规律进行了模型试验研究。试验平台包括模型土箱、盾构模型机、液压泵站、电控柜、控制台、泥水循环系统等部分,可在200 m水头的高水压条件下进行泥水盾构施工的模型试验。研究结果表明:自主研发的泥水平衡掘进模型试验平台可在高水压条件下正常进行工作,并可进行与泥水盾构施工相关的模型试验;盾构姿态角改变量与盾构掘进距离的线性拟合结果表明,二者的拟合精度较高;随着试验水压的升高,在水平方向以及竖直方向上盾构姿态调整的难度逐渐增大;通过有土环境与无土环境的对比可知,高水压与地层反力的双重约束对盾构姿态控制提出了更高的要求。     

盾构水平姿态的理论分析模型

为解决盾构施工水平姿态控制难题，针对隧道掘进姿态调整主要依赖于经验关系和人为控制，而相关的理论分析较为欠缺的现状，基于二维盾体结构提出一种力学与水平姿态理论分析模型。在综合考虑地层参数、油缸推进力、地层反力、现场施工措施的基础上，将盾构姿态引入盾构水平受力平衡分析中，建立关于盾构水平姿态的理论模型。理论分析结果表明： 1）盾构姿态控制与分区压力密切相关，同时受土体刚度和总推力的影响； 2）通过与现场实测数据的对比分析，验证了理论模型的适用性； 3）该理论模型参数简单，易于验算，可实现较准确的姿态预测，为盾构姿态控制问题提供了有效的理论支撑和现实依据。     

盾构长距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

昆明某地铁区间盾构施工需长距离下穿既有运营地铁隧道,为确保安全,减少对既有隧道的影响,采取了地层加固、渣土改良、姿态控制等一系列技术措施。为进一步研究盾构下穿对既有地铁隧道的沉降规律,为后续施工提供指导,对下穿区段的既有地铁隧道进行了严密监测,获取了下穿施工时的沉降数据,对监测数据进行分析后,得出盾构长距离下穿既有运营隧道的沉降规律,取得了良好的施工效果。     

大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台总体设计

该文介绍了大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台的总体设计。它是一套大型、多功能的试验平台,包括模拟盾构机、组合式液压加载系统、监控测量系统、洞门密封系统等部分。它可满足不同断面形状、不同类型、不同土层的盾构掘进模拟试验,其规模、试验能力、数据采集等方面都处于国内领先、国际先进水平。     

基于超声波测距技术的盾构盾尾间隙测量系统研制

盾构施工环境恶劣,为解决人工测量存在安全隐患和采用视觉、激光等间接测量的准确率较低问题,采用超声波传感器设计非接触内嵌式测距模块,研究嵌入式超声波传感器的测距单元、信号处理的采集单元、盾尾间隙测量的显示单元及测量系统工作流程。试验验证和工业性测试结果证明该测量系统精准度较高,满足生产需要,可为K 块的选型提供依据,同时为智能调整盾构姿态提供数据支撑,且有助于盾构的管片自动选型和智能纠偏。     

基于双护盾TBM的导向系统研究

为满足隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的测量需求，研发一种能够提高其数据准确度的双护盾位置检测装置，包括感光靶、激光靶、激光发射器、全站仪、棱镜等硬件，并研究双护盾导向系统设计、测量算法的实现、激光位置检测装置误差修正算法。为验证整个算法的正确性以及软件的稳定性，进行CAD模拟和软硬件联合调试，并利用全站仪进行模拟测量。结果显示： 采用该算法计算的坐标与全站仪测量的真实坐标相比，误差在5 mm以内，可满足隧道掘进机施工测量的需要。