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。     

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。     

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明： 基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。     

基坑上跨盾构隧道实测数据分析及保护研究

以某绕城高速公路深基坑上跨运营盾构隧道工程案例为背景,首先以南半幅深基坑违规施工为切入点,通过现场监测、检测与三维扫描普查等实测成果,佐证违规施工对盾构隧道的不利影响程度,其次通过修正惯用法理论计算及Ansys建模分析,评估隧道结构横断面及纵断面的安全性能与安全冗余储备,再次以优化保护措施的北半幅施工为比对研究对象,通过现场实测数据证明分幅、分段、跳仓、限时开挖,增加板凳桩桩长,缩小桩间距,加大盖板厚度,实施土体填充注浆等措施可减少开挖期及工后盾构隧道隆起量,可以缩短工后隆起时间。据此,提出基坑上跨运营盾构隧道在设计、施工相关建议,为该类保护区外部作业及保护工作提供参考。     

起伏基岩地层盾构姿态控制及刀具配置分析

为了解决在起伏基岩地层中盾构掘进姿态控制困难及刀盘不均匀消耗问题,以长沙地铁2号线西延线盾构区间为工程实例,通过对现场油缸推力关系统计分析,得出盾构区间直线段和曲线段地层由软至硬和由硬至软的合理的油缸推力比,并应用于工程实际,得出相应的直线段和曲线段的水平、竖向偏差且均满足轴线偏差不超过50 mm的标准要求。同时,通过对现场每百米刀具更换情况统计分析,得出合理的刀具改良配置建议。     

盾构隧道结构耐久性问题思考

Structural durability of shield tunnel lining is a trans scale problem from mesoscopic material to macroscopic structure. With increasing amount of shield tunnel construction in China, the issues related to structural durability become more prominent. In this paper, the typical applications of shield tunnel lining in China and other countries are introduced. The service conditions and diseases of shield tunnel lining structure are then analyzed. The factors affecting the structural durability of shield tunnel lining, such as material, design, environment, construction, management and maintenance, are summarized. The research results and progress related to structural durability of shield tunnel lining are then reviewed in terms of tunnel durability, durability evaluation and prediction, durability ensuring techniques. Finally, the existing problems and future research directions in structural durability of shield tunnel lining are discussed in terms of durability ensuring techniques, impact of diseases and accidents, tunnel evaluation and rehabilitation, arrangement of secondary lining and establishment of dynamic evaluation system for structural durability.     

不同土层下南京长江隧道盾构施工参数研究

该文根据南京长江隧道盾构穿越不同土层的特点,采用理论公式、数值计算、参考类似工程参数设定等方法,研究了切口水压、推进速度、影响开挖面稳定施工参数,泥水处理相关参数以及同步注浆施工参数。该研究方法可在类似的越江隧道及城市地铁施工中加以推广应用,该施工参数可作为类似越江隧道盾构施工时借鉴。     

基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。     

新街台格庙矿区斜井隧道双模式盾构关键掘进参数配置研究

为了解决盾构关键掘进参数的合理配置问题,实现盾构在不同地层条件下安全、快速、高效掘进,以新街矿区斜井隧道工程为依托,在研究斜井隧道工程地质条件的基础上,提出了双模盾构掘进参数配置的原则;分析计算双模式盾构在2种掘进模式下的最大切深、土舱压力以及盾构推力、刀盘扭矩等关键掘进参数,确定了在EPB模式和单护盾TBM模式下的最大切深分别为28r/min和19 r/min,并提出了在6个地质区间下双模盾构关键掘进参数的配置建议。     

盾构隧道管片内力参数化计算Abaqus二次开发

盾构隧道在设计前期需要进行大量工况的隧道管片内力计算,计算时采用梁-弹簧模型可以较为接近实际情况,但采用该模型需要使用有限元软件实现,建模计算过程非常复杂。为了简化盾构隧道管片内力的建模分析过程,文章对Abaqus及其二次开发功能进行了介绍,基于Abaqus有限元软件内嵌的Python脚本语言和前处理接口进行二次开发,实现盾构隧道管片内力建模计算的自动化、参数化,并通过实例证明二次开发极大地提高了分析效率。     

盾构近距离上跨既有运营隧道施工控制技术

为确保始发阶段盾构近距离安全上跨既有运营隧道,在分析工程重难点的基础上,首先,对盾构上跨施工控制措施进行介绍 并结合施工参数控制情况对上跨措施的效果进行分析,然后,对既有运营隧道的变形规律进行分析。 研究结果表明: 1)通过调整 始发基座与盾构隧道轴线坡度一致,并在洞门钢环处焊接导轨,确保了盾构按照设计坡度上坡始发; 2)向盾壳四周注入克泥效,能 够润滑盾壳,减小推力,从而减轻对既有隧道的扰动; 3)盾构刀盘进入上跨段前,既有隧道产生向上和向盾构掘进方向2个方向的 位移,随着盾构重心通过既有隧道,竖向变形逐渐回弹,并在盾尾脱出后逐渐趋于稳定; 盾构掘进方向变形在刀盘位于隧道正上方 时开始迅速增加,在盾尾脱出后迅速趋于稳定。     

地铁盾构机掘进实时姿态定向测量的研究

简明介绍了地铁建设中盾构机姿态定位测量方法,并结合南京地铁一号线某盾构区间隧道工程实际,着重分析了在对盾构推进过程中如何用棱镜法精确地确定盾构机的掘进方向和盾构机姿态问题,得出一些有益的结论,可供地铁隧道工程施工参考。     

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。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。     

对盾构轴线控制技术的理解和应用

该文分析了盾构在地层中的受力状况、盾构推进时受到的阻力。根据多年施工实践,证明盾构在正面土体性质软、硬均匀地层中推进施工,用纵坡调整及调整千斤顶伸出长度差来控制盾构轴线位置,是一项最佳也是最简便、有效的技术,也是目前最常用的技术措施。为提高施工速度,对盾构机机构提出了改进意见。     

盾构掘进方向计算机辅助控制技术研究

分析了盾构纠偏装置、土质环境、土体稳定等因素对盾构方向控制的影响,研究了盾构方向控制的基本原理和特点,建立了具有自主知识产权的盾构方向控制模型,在此基础上开发的盾构掘进方向计算机辅助控制软件已成功应用于工程,对于提高国产盾构信息化施工水平具有一定的参考价值。