[发明专利]一种盾构机轴线控制系统

摘要

本发明公开了一种盾构机轴线控制系统，该系统包括盾构推进数据库、盾构智能预测模块和轴线智能纠偏模块，盾构推进数据库用于姿态数据管理、管片数据管理和盾尾数据管理，姿态数据管理，包括盾构机切口水平偏移值、盾构机切口竖直偏移值、盾构机盾尾水平偏移值、盾构机盾尾竖直偏移值，管片数据管理，包括管片水平贴片量、管片竖直贴片量，盾尾数据管理，包括水平盾尾间隙值、竖直盾尾间隙值；盾构智能预测模块，包括姿态数据预测，管片数据预测和盾尾数据预测模块，通过已有的施工和测量参数对盾构的下一环节姿态数据、管片数据、盾尾数据进行预测及测算，从而指导实际的盾构施工并与测量参数进行对比。

主权项

1.一种盾构机轴线控制系统，其特征在于，该系统包括盾构推进数据库、盾构智能预测模块和轴线智能纠偏模块，盾构推进数据库用于姿态数据管理、管片数据管理和盾尾数据管理，姿态数据管理，包括盾构机切口水平偏移值、盾构机切口竖直偏移值、盾构机盾尾水平偏移值、盾构机盾尾竖直偏移值，管片数据管理，包括管片水平贴片量、管片竖直贴片量，盾尾数据管理，包括水平盾尾间隙值、竖直盾尾间隙值；盾构智能预测模块，包括姿态数据预测，管片数据预测和盾尾数据预测模块，通过已有的施工和测量参数对盾构的下一环节姿态数据、管片数据、盾尾数据进行预测及测算，从而指导实际的盾构施工并与测量参数进行对比；盾构智能纠偏模块，包括盾构行程建议和管片拼装建议，通过已有的施工和测量参数进行测算和分析后，对盾构的下一环节具体施工直接提出建议值，盾构智能预测模块的实现过程包括：B1，获取上一环节的盾构掘进参数,包括油缸行程差；B2，根据理论行程差预测当前环节掘进完时的盾尾间隙，盾尾间隙表述了管片与盾构机的相对关系，其值的大小与盾构机与管片的相对转角及相对偏差有关，当盾构机与管片的相对转角可忽略时，设油缸行程差改变量为Δu,管环宽为b,油缸安装直径为D,盾尾间隙的改变量为ΔT,则水平或垂直方向的ΔT由式(1)近似表示：B3，判断盾尾间隙是否超限，盾尾间隙的合理值同时考虑两个方向，满足式(2)：(n1‑n)2+(n2‑n)2≤n2   (2)其中n1、n2分别是本环水平向及竖直向的盾尾间隙，其大小等于上一环节的n1、n2加上ΔT，n为标准盾尾间隙；B4，如果B3中盾尾间隙满足式子(2)则进入下一步,否则返回B2,调整油缸行程差；B5，输入管片拼装参数，包括管片楔形量、贴片量；B6，根据理论行程差预测当前拼装完毕后的姿态变化，盾构机中心的偏离值改变量由式(3)决定：ΔH＝b×tan(θ1‑θ)   (3)其中θ1为盾构姿态的绝对转角，由盾构姿态计算，θ为盾构机与管片的相对转角；而盾构机中心的偏离值改变量与切口、盾尾偏差改变量满足式(4)：ΔH＝(L‑S)×Δd/L+S×Δq/L   (4)其中L为盾构机长度，S为切口到盾构机中心的距离，Δd为盾尾偏差改变量，Δq为切口偏差改变量，结合式(3)(4)计算姿态的变化量；B7，根据管片楔形量预测当前拼装完毕后的盾尾间隙变化，当盾构机与管片的相对转角可忽略时，设管片楔形量改变量为Δu1,管环宽为b,油缸安装直径为D,盾尾间隙的改变量为ΔT,则水平或垂直方向的ΔT由式(5)近似表示：当盾构机与管片的相对转角不可忽略时，式(5)可近似为：B8，判断盾尾间隙及盾构姿态是否合理，盾尾间隙的合理值应同时考虑两个方向，应满足式(2)，盾构姿态的合理与否取决于现场判断；B9，如果B8中盾尾间隙满足式子(2)且盾构姿态取得了合理值,则进入下一步,否则返回B5,调整施工参数，至此本轮的预测完成，B6中测算的姿态变化及B7后得到的盾尾间隙变化即为预测结果。