盾構(gòu)掘進(jìn)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及土壓平衡技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)綜合了包括光、機(jī)、電、液、傳感、信息在內(nèi)的多種學(xué)科應(yīng)用技術(shù)，作為專用隧道工程機(jī)械，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量、導(dǎo)向、糾偏等功能。目前國內(nèi)正在大規(guī)模開展隧道工程建設(shè)，而國內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)研究尚處于初期?；诰蜻M(jìn)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性和現(xiàn)場施工環(huán)境特殊性的特點(diǎn)，有必要采用物理模擬方法研制高水平的掘進(jìn)機(jī)綜合模擬試驗(yàn)平臺，完善全斷面掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，盡快掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，提高盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)可靠性。
　　 本文以盾構(gòu)

2、模擬掘進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)為研究基礎(chǔ)，首先基于實(shí)用性和先進(jìn)性要求對土層模擬加載試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；根據(jù)實(shí)際盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工過程，完成模擬盾構(gòu)的電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；針對試驗(yàn)臺電液控制系統(tǒng)的監(jiān)控要求，利用PLC和LabVIEW軟件搭建了試驗(yàn)臺的監(jiān)控系統(tǒng)；通過理論分析推導(dǎo)了土壓平衡控制數(shù)學(xué)模型，基于ANFIS推理系統(tǒng)，并應(yīng)用多模型自適應(yīng)土壓平衡控制系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行仿真研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 第一章先對盾構(gòu)掘

3、進(jìn)機(jī)的施工原理、組成結(jié)構(gòu)及分類等基本知識進(jìn)行介紹，隨后講述了盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的歷史及國內(nèi)外發(fā)展歷程，對國內(nèi)外的盾構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)和壓力控制技術(shù)研究進(jìn)行詳細(xì)敘述，并針對目前試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究中的不足提出了本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章設(shè)計(jì)了利用液壓缸加載方式對土體進(jìn)行加載以模擬現(xiàn)實(shí)掘進(jìn)環(huán)境的加載試驗(yàn)系統(tǒng)。根據(jù)功能要求采用Soliworks完成加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)及模擬土箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用Ansys軟件對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核?；诓煌刭|(zhì)和

4、掘進(jìn)工況特點(diǎn)對加載驅(qū)動液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了設(shè)計(jì)計(jì)算和元件選型。同時也對加載系統(tǒng)中的其他輔助系統(tǒng)和裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　 第三章采用模塊化設(shè)計(jì)方法對模擬掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際盾構(gòu)的施工原理和掘進(jìn)試驗(yàn)功能要求完成了模擬盾構(gòu)的電液比例驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、推進(jìn)和鉸接系統(tǒng)、螺旋輸送系統(tǒng)和管片拼裝機(jī)系統(tǒng)。同時還設(shè)計(jì)了泥水加壓系統(tǒng)和同步注漿系統(tǒng)，為試驗(yàn)?zāi)M完整的盾構(gòu)掘進(jìn)過程奠定基礎(chǔ)。
　　 第四章根據(jù)試

5、驗(yàn)現(xiàn)場監(jiān)控的功能需求完成了試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使用基于Profibus—DP總線的PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和底層控制功能。在上位機(jī)中使用LabVIEW完成人機(jī)界面的開發(fā)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對上位機(jī)通信、監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫和控制算法的開發(fā)進(jìn)行了闡述。
　　 第五章建立了土壓平衡控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過理論分析推導(dǎo)得到了推進(jìn)壓力、推進(jìn)速度和螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速與土艙壓力之間的關(guān)系。采用AN