[发明专利]一种复杂地层护盾式掘进机姿态实时控制方法

说明书

一种复杂地层护盾式掘进机姿态实时控制方法，属于隧道护盾式掘进机施工技术领域，具体方案包括以下步骤：步骤一、测量护盾式掘进机姿态与位置，判断护盾式掘进机轴线偏移量s是否达到允许偏移量[s]，即判断是否需要进行姿态纠偏；步骤二、当需要进行纠偏时，根据当前位置护盾式掘进机轴线偏移量s和姿态进行纠偏路径规划，确定单环纠偏量及单环纠偏角度，计算所需的纠偏力矩；步骤三、液压推进系统做出相应调整，进行护盾式掘进机纠偏工作。本发明采用具有理论基础的护盾式掘进机姿态实时控制方法对护盾式掘进机进行纠偏，能定量确定纠偏路径及纠偏力矩，有效避免欠纠、过纠问题，从而减少管片损伤、路线偏移以及潜在运营问题。

技术领域

本发明属于隧道护盾式掘进机施工技术领域，具体涉及一种复杂地层护盾式掘进机姿态实时控制方法。

背景技术

在护盾式掘进机隧道掘进过程中，由于地层变化等原因容易造成护盾式掘进机力矩不平衡，从而导致护盾式掘进机发生轴线偏移。现有技术是根据自动测量装置获得的护盾式掘进机姿态信息，护盾式掘进机司机凭借个人操作经验对护盾式掘进机进行纠偏，纠偏效果取决于操作人员的经验与决策水平。不同技术人员对护盾式掘进机纠偏目标值及纠偏荷载的认识和理解不同。操作人员基于个人经验定性预测纠偏目标转角及确定纠偏荷载可能引起的欠纠、过纠问题：纠偏质量问题可能会导致管片损伤、路线偏移以及潜在运营问题。因此，有必要提出一种基于力学平衡理论的护盾式掘进机姿态实时定量控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现行的依靠人工经验进行护盾式掘进机姿态调整存在的问题，本发明提供一种复杂地层护盾式掘进机姿态实时控制方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种复杂地层护盾式掘进机姿态实时控制方法，包括以下步骤：

步骤一、测量护盾式掘进机姿态与位置，判断护盾式掘进机轴线偏移量s是否达到允许偏移量[s]，即判断是否需要进行姿态纠偏；

步骤二、当需要进行纠偏时，根据当前位置护盾式掘进机轴线偏移量s和姿态进行纠偏路径规划，确定单环纠偏量及单环纠偏角度，计算所需的纠偏力矩；

步骤三、液压推进系统做出相应调整，进行护盾式掘进机纠偏工作。

进一步的，步骤一中，利用护盾式掘进机姿态自动测量装置获取当前位置竖向平面上和水平面上护盾式掘进机中心点偏离设计轴线距离s_i及护盾式掘进机轴线与设计轴线的夹角η，其中，竖向平面i＝v，水平面i＝h。

进一步的，步骤二中，采用双圆弧插补法确定纠偏路径，根据公式(1)确定纠偏半径R_rec；根据方程组(2)计算纠偏里程L和双圆弧的圆心角θ₁和θ₂；根据公式(3)确定纠偏所需的管片环数k；根据公式(4)确定双圆弧纠偏路径的曲线方程，从而得到纠偏路径上各环位置处的护盾式掘进机坐标，相邻两环位置处的纵坐标差即为每环的偏差，相邻两环位置处的连线与设计轴线的夹角则为每环的纠偏角度；

k＝[L/g]+1 (3)

式中，l为护盾式掘进机长度，d为管片楔形量；η为护盾式掘进机轴线与设计轴线的夹角，g为单环管片宽度；s_i为护盾式掘进机轴线偏移量，竖向平面i＝v，水平面i＝h；(x₁,z₁)

和(y₁,z₁)为水平和竖向面上第一段圆弧圆心O₁的坐标，采用双圆弧插补法确定出由两段圆弧组成的纠偏路径，分别用AQ和QB表示。

进一步的，步骤二中，纠偏力矩的计算方法如下：