[发明专利]盾构掘进姿态的纠偏控制方法和装置

说明书

本发明属于一般的控制或调节系统技术领域，具体涉及一种盾构掘进姿态的纠偏控制方法和装置，方法包括：构建盾构机的纠偏原理模型；纠偏原理模型包括纠偏轨迹曲线；确定纠偏原理模型的最小纠偏半径；纠偏原理模型的最小纠偏半径为纠偏轨迹曲线的曲率半径；利用人工蚁群算法对预设的盾构机参数进行处理，得到最优特征子集；根据最小纠偏半径和最优特征子集，构建盾构机的纠偏数学模型；基于纠偏数学模型，通过人工蜂群算法优化最优特征子集得到控制参数；并根据控制参数控制盾构机掘进姿态进行纠偏。通过引入蚁群算法能够筛选出最优特征子集，将最优特征子集作为人工蜂群算法的初始种群，能够提高求解质量，提高纠偏精度，达到更好的纠偏效果。

技术领域

本发明属于一般的控制或调节系统技术领域，具体涉及盾构掘进姿态的纠偏控制方法和装置。

背景技术

随着城市化进程的发展，城市人口逐渐增多，地铁隧道的建设成为缓解交通压力、改善城市环境的重要举措。明挖法和盾构法是地铁隧道建设的主要方法。利用明挖法，修筑初砌等工作均在露天条件完成，地形、地貌、施工环境、天气等因素对施工影响较大，导致明挖法的应用范围受限。而盾构法属于暗挖法，在实施中，由盾构机械在地下完成开挖、初砌、推进等工作，对城市地表、地面交通、居民出行和生活影响较小，且不受天气和城市地形、地貌、江河水域等的影响。因此，盾构法施工掘进速度快，安全性高，人员伤亡少，成为地铁隧道建设的首选方法。

在利用盾构法建设地铁隧道的过程中，主要由盾构机完成对地下空间的挖掘，并沿隧道设计轴线向前推进，同时负责完成碴土输送、隧道衬砌、测量纠偏等工作。然而，由于各种原因，在掘进过程中，盾构机的行驶轨迹与设计轴线产生偏差的现象十分常见。造成偏差的主要原因有3种：其一，盾构机管片选型不当、机械磨损、盾构导向系统测量误差等机械自身原因，造成盾构机产生纵向或横向偏移；其二，掘进地层复杂多变，软硬不均匀，以及盾构机自身重力的影响，会导致盾构机产生纵向偏移；其三，操作人员经验不足等人为原因，也会导致盾构机产生偏移。当偏差超过限定值时，将会使盾构机刀盘磨损加重，降低施工进度，给地铁隧道建设带来巨大的经济损失。更为严重的是，当偏差超出设计轴线的极限值时，将会大大增加地铁在运营中的安全风险。因此，如何快速准确调整盾构姿态，成为隧道盾构中普遍关注的问题。盾构纠偏是指通过调节盾构机推进系统液压缸油压大小，使盾构机的掘进轨迹趋于设计轴线的过程。

目前，主要通过人工调节液压缸油压的大小，来控制盾构机的姿态进行纠偏，纠偏效果主要取决于操作人员的技术熟练程度，若操作人员技术不熟练，在调节液压缸油压的过程中会出现超调或欠调的情况，盾构机的纠偏轨迹将成为蛇形轨迹。因此，盾构纠偏主要问题在于如何快速、准确调整液压缸油压的大小。

然而，由于影响盾构机状态的不确定因素过于复杂，如何建立诸多影响因素与盾构纠偏的关系，并准确求解，成为地铁隧道盾姿（即盾构机掘进的姿态）调整中的难点问题。智能优化算法能够实现在不需要大量历史数据的情况下，求出盾构纠偏时液压缸油压的变化量，指导盾构机实现准确纠偏。在求解过程中，由于不同区域液压缸推力的相互制约，以及纠偏路径最短的约束影响，增加了优化实现难度。人工蜂群算法作为一种智能优化算法，具有结构简单、适应性强等优点，在求解盾构纠偏模型时，易于实现。但由于人工蜂群算法易陷入局部最优的问题，而引起优化精度低、收敛速度变慢，导致纠偏模型的求解结果精度降低，实用性不强。

因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构掘进姿态的纠偏控制方法和装置，用于克服上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构掘进姿态的纠偏控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建盾构机的纠偏原理模型；所述纠偏原理模型包括纠偏轨迹曲线；

步骤2，确定所述纠偏原理模型的最小纠偏半径；所述纠偏原理模型的最小纠偏半径为所述纠偏轨迹曲线的曲率半径；