盾构土压平衡动态神经网络逆控制技术研究

盾构密封舱的土压平衡作为地表沉降控制的关键因素对盾构安全施工具有重要保障。为映射影响土压平衡掘进参数之间的非线性耦合关系,增强非线性控制模型的动态性能,提高土压平衡的控制精度,根据盾构施工中影响密封舱内土压平衡的掘进参数调控的难易程度,依托现场监测数据建立基于动态神经网络逆控制前馈作用下的螺旋输送机转速控制模型。对控制模型的性能与效果进行分析验证,结果表明： 动态神经网络输出的前馈螺旋输送机转速能够对推进速度、刀盘转矩的变化响应灵敏; 在给定掘进条件下与通过人工调节螺旋输送机转速控制土舱压力的方法相比,动态神经网络逆控制前馈作用下密封舱土压的最大波动误差由9.8%降为5.3%。     

超大直径土压平衡盾构近距离下穿人行通道施工控制技术

该文采用数值模拟方法分析超大直径土压平衡盾构下穿人行通道施工时的土舱压力设定;提出主要通过控制注浆压力来控制穿越阶段的同步注浆施工;建议将穿越段分为不同的控制阶段,各区长度的确定则要综合考虑盾构穿越层土压力的大小、盾构机推进的影响范围、盾构机土舱压力的调整能力等。推进过程中结合其他措施将某隧道近距离下穿人行通道的不均匀变形控制在2mm左右。     

盾构机密封舱压力控制方法研究进展

盾构机密封舱压力控制对有效控制地表变形和保证隧道的安全施工以及节能非常重要。系统回顾盾构机密封舱压力优化设置方法和土层力学参数识别方法,重点讨论盾构机密封舱压力优化控制方法,研究盾构机密封舱土压力非线性控制模型建模和模型参数辨识问题。同时指出,可将螺旋输送机的旋转速度和盾构机的推进速度作为可控变量,采用优化算法提高盾构机土舱压力的自适应控制能力。     

土压平衡盾构机土压平衡控制策略研究

盾构机本身是具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械,就北京地铁施工中所使用的一种土压平衡盾构机的土压平衡控制方法进行设计分析,通过控制开挖量与排土量达到动态平衡,以建立适当压力与开挖面的土体压力平衡,进而减少对土体的扰动,控制地表沉降,实现土压平衡控制,依赖推进系统及螺旋机系统协调控制。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

土压平衡盾构施工土压力的确定

平衡盾构施工中,设置合理的施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。本文通过对地层土压力、水压力的计算原理分析,确定出土压平衡盾构施工土压力的设置方法,并结合现场施工对土压力设置方法进行简单的验证。     

土压平衡盾构机泡沫系统的研制

为了打破国外厂商对盾构泡沫系统的技术垄断,给盾构机配上性能可靠的泡沫系统。广东水电二局股份有限公司通过总结日系、欧系盾构泡沫系统的特点,结合多年使用和改进土压平衡盾构机泡沫系统的经验,采用串联结构布置泡沫系统管路,利用电液比例、PLC控制,用触摸屏编程控制做为人机界面,流量和压力传感器做为信息采集和处理工具,研制出了具有自主知识产权的泡沫系统。通过8 780土压平衡盾构机的实际应用,其性能完全满足盾构挖掘复合地层、黏性土层渣土改良的需要,同时具有进口产品所不具有的可连续配制溶液,气、液流量控制快速、准确的性能特点。     

三菱土压平衡盾构机发泡剂系统的改造

三菱土压平衡盾构机发泡系统具有一定的缺陷.参照海瑞克的发泡剂系统设计,改进了三菱土压平衡盾构机发泡系统.通过所需能力的计算,介绍系统部件选型.介绍了改造前后的系统原理及优缺点,改造后系统故障的排除方法.三菱土压平衡盾构机发泡系统的改造克服了原有系统的缺陷,节约了成本.     

土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性模拟研究

基于MIDAS GTS有限元软件，建立了盾构-管片-土体一体化模型，对土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性进行数值模拟分析。计算结果表明:由于河道处上覆土厚度骤然减小和盾构机前方的挤土效应，导致河道底部产生了隆起位移，河道顶部产生了沉降；最大土压和最大水浮力均不在河道正下方，而是在河道略前方。     

土压平衡盾构螺旋输送机排土及保压作用分析

螺旋输送机的排土和保压作用的发挥对土压平衡盾构的施工安全与效率有重要影响,对其作用机制及影响其作用发挥的因素进行系统的理论分析,并参考工程实测数据,得出以下结论:1)盾构施工中的土压平衡包括土仓内外与螺旋输送机内的压力平衡和进、出土量的平衡,其通过螺旋输送机排土量的控制来实现;2)渣土进入螺旋输送机后,依靠自身重力及与螺杆、叶片和筒壁界面间的摩擦作用来抵抗土仓内的水土压力,保持出渣过程的稳定性;3)渣土性质对螺旋输送机的排土和保压效果有较大影响,主要通过向刀盘前方和土仓内添加改良材料的方法对渣土状态进行调整;4)从螺旋输送机结构分析,可通过减小螺距、采用间断式螺杆或双螺旋输送机3个方面进行改造,以增加保压效果。     

基于宾汉姆流体的土压平衡盾构螺旋输送机排土量研究

为确保土压平衡盾构掘进过程中有效控制排土量,须考虑螺旋输送机构造特征和渣土性质对其影响。将改良后流塑性状态的渣土假设为宾汉姆流体,并基于螺旋输送机构造沿其螺旋排土方向展开成一长条形的长方体排土模型的基础上推导盾构螺旋输送机的理论排土量计算公式。通过对排土量影响因素进行分析表明： 1）排土量受开挖面支护压力、渣土的初始剪切屈服应力影响较大,而受渣土的塑性黏度影响较小; 2）随着隧道埋深和开挖面支护压力的增加,改良渣土的流塑性降低。将该理论成果应用于指导广州地铁21号线浅覆土全断面砂土地层某区间隧道盾构掘进中的渣土改良,开挖面支护压力保持了稳定,地表沉降控制为5 mm。     

基于纵向沉降曲线的黄土地层盾构土舱压力分析

为分析黄土地层盾构土舱压力设置问题,根据西安地铁4 号线区间盾构隧道施工过程建立盾构施工数值模型,基于对模型不同位置处地表沉降量的监测,通过将不同监测点的地表沉降曲线转换到同一坐标下进行对比,分析土舱压力对掌子面前方未开挖地层的影响,进而提出盾构土舱压力合理取值方法。研究结果表明: 1)盾构掘进对掌子面前方地层的扰动具有累积性,地层的变形具有滞后性,即盾构对掌子面前方地层挤压或支护不足时对掌子面前方地层的扰动会不断累积,表现为各监测断面的沉降曲线量值和分布规律不一致; 2)当土舱压力与地层土压力相平衡时,各监测断面的监测曲线基本相似,针对设置工况,土舱压力为0. 1 MPa 时,地表沉降曲线落在同一狭长区域内,即表明该值为与该地层相匹配的土舱压力值。     

盾构舱内空气损失计算及影响因素分析

为确保盾构在“气压模式”下掘进及在带压开舱作业时控制舱内气压的稳定,在分析刀盘正面土体、开挖间隙周边土体、盾尾注浆和螺旋输送机4个区域的气压损失范围基础上,改进Krabbe公式并考虑渗透系数、舱内压强、地层变化等影响因素,提出空气损失量Q的半经验半理论计算方法。将计算方法应用于实际工程,通过对空气损失量最大断面进行灵敏度分析,主要结论如下： 1）舱内压强与空气损失量呈二次正相关,工程范围内气压的增加会导致一定的空气损失; 2）空气损失量最大的断面为地层突变处,通过分析该断面的灵敏度,可以对盾构配备的空气压缩机功率进行合理的判断。     

土压平衡盾构双螺旋输送机力学机理简析

螺旋输送机是土压平衡盾构的重要组件,对维持盾构开挖面土压平衡起着至关重要的作用。通常一台土压平衡盾构中只配备一节螺旋输送机,但近来在一些水土压力较大的地区采用土压平衡盾构时,一节螺旋输送机难以平衡地层压力,利用双节串联螺旋输送机来解决土压平衡问题。根据土压平衡原理,建立了双节串联螺旋输送机的力学模型,得出双节串联螺旋输送机底部压力在静力平衡条件下的力学表达式,并在此基础上讨论了双节串联螺旋输送机底部压力与其设备参数及渣土性质参数的相关关系,为合理设计、改造、选用和评价土压平衡盾构双节串联螺旋输送机提供了一个简便的方法。     

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明： 1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建（构）筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。     

基于坍落度的砂卵石地层土压平衡盾构渣土改良配方研究

针对成都轨道交通17号线一期工程土压平衡盾构法施工在砂卵石地层中遇到的难题，如螺旋输送机喷涌导致开挖面压力失控、卵石堆积于压力舱底部滞排等，采用膨润土和泡沫剂等对现场砂卵石进行室内渣土改良试验。结果表明： 1)改良剂的优化配比膨润土掺入质量比为5%，泡沫掺入体积比为10%~30%，即可使渣土的坍落度、和易性、抗渗性均保持良好，达到塑性流动状态。2)以渣土的坍落度在150~200 mm且无离析为改良的前提条件，以最小膨润土使用量为优化目的，建立砂卵石渣土坍落度与改良剂膨润土和水掺入量之间的三维曲面图，根据离析与非离析区域边界确定膨润土泥浆最经济的膨水比为1∶6。将试验结果应用于该工程的砂卵石地层土压盾构工程实践，掘进效率以及盾构工作的安全性得到显著提高。