[发明专利]一种TBM水平纠偏轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种TBM水平纠偏轨迹规划方法，包括1)通过TBM导航系统获得TBM刀盘中心与预定轨迹偏离的水平距离和刀盘掘进方向与预定轨迹的夹角；2)确定TBM掘进作业中最小转弯半径；3)根据TBM刀盘中心与预定轨迹偏离的水平距离、刀盘掘进方向与预定轨迹的夹角以及TBM最小转弯半径，规划出由相互外切的两段圆弧构成的TBM水平纠偏轨迹，根据该TBM水平纠偏轨迹，通过控制TBM水平支撑油缸的位移进而控制TBM调向完成水平纠偏。本发明设计的水平纠偏轨迹可以避免或减少洞壁调向而形成的变化或错台，通过选定合适的纠偏轨迹圆弧半径，使TBM尽快回到设计路线上来以提高工程质量，达到TBM高效、精准施工作业的效果。

技术领域

本发明涉及全断面硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)技术领域，具体涉及一种TBM水平纠偏轨迹规划方法。

背景技术

近年来全断面硬岩掘进机在各种隧道施工中的广泛应用，由于开敞式TBM定向性与稳定性差，以及受围岩软硬不均等影响，在直线推进作业时，会出现偏离预定轨迹的现象，这会导致开挖的隧道质量较差，甚至不能满足工程要求。因此轨迹纠偏已成为提高作业效率、精度及施工质量所面临的主要问题，当掘进作业过程中出现轨迹偏差，TBM导航系统界面会为司机提供返航纠偏轨迹，现在的纠偏轨迹规划方法主要有最小转向轴法和相关的几何抛线法，两种方法均不能达到理想的调向效果，洞壁上会出现应该极力避免的因调向而形成的变化和错台。在纠偏过程中，由于纠偏轨迹圆弧的半径小于TBM最小转弯半径，必须采用偏移法，也会在洞壁上出现变化和错台。调向过程中洞壁出现的变化和错台会严重损害TBM中与洞壁接触的部分。那么就需要当TBM导航系统中激光靶点超出设定范围时，根据TBM的偏差数据(位置和方向)，规划出调向效果更优纠偏轨迹，尽力避免或减少洞壁调向而形成的变化或错台，使TBM尽快回到设计路线上来以提高工程质量，达到TBM高效、精准施工作业的效果。

发明内容

针对现有技术，本发明提供了一种TBM水平纠偏轨迹规划方法，避免或减少了洞壁调向而形成的变化或错台。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种TBM水平纠偏轨迹规划方法，从而实现TBM快速回到预定轨迹，具体方法是，全断面硬岩掘进机包括水平支撑油缸和TBM导航系统；TBM水平纠偏轨迹由相互外切的圆弧BC和圆弧CD构成，其中，B点为纠偏轨迹的起始点，即在TBM刀盘中心与预定轨迹偏离的水平距离为e且刀盘掘进方向与预定轨迹夹角为时TBM刀盘中心的位置，C点为圆弧BC和圆弧CD的切点，D点为纠偏轨迹的终点；圆弧BC在B点与TBM刀盘前面垂直，圆弧CD在D点与预定轨迹相切；

并包括以下步骤：

步骤一、当TBM导航系统中的激光靶靶点超出设定范围时，通过TBM导航系统获得TBM刀盘中心与预定轨迹偏离的水平距离e和刀盘掘进方向与预定轨迹的夹角

步骤二、确定TBM掘进作业中最小转弯半径R_min：

在TBM掘进距离s内，边刀移动量≤边刀移动限制值△a，即

化简为：

式(1)是式(2)中：是边刀移动量，R为TBM转弯半径，从而确定TBM最小转弯半径R_min，

步骤三、根据TBM刀盘中心与预定轨迹偏离的水平距离e、刀盘掘进方向与预定轨迹的夹角以及TBM最小转弯半径R_min，规划出TBM水平纠偏轨迹，