土压平衡盾构机掘进系统能耗优化控制

发布时间：2020-06-14 02:23

【摘要】：在城市中,人口的快速增多使交通变的拥堵,为了缓解此问题,地下空间开发和利用成为城市发展的主要趋势,地下的工程建设主要依赖于盾构技术。土压平衡盾构机以高效安全、扰动小、地质条件适应力强等优点著称。但是它的施工水平要求高并且投资成本很大,为了能够节约成本就必须降低能耗,提高施工效率,节省不必要能源的浪费。为了解决以上问题,本文对土压平衡盾构机掘进过程中的能耗进行了研究:(1)对影响盾构机推进系统的参数进行理论分析,依据土力学和流体力学理论对推进系统进行受力分析,通过做功的角度定义能量的消耗。求出盾构机的推力,并依据能量守恒原理,进一步求出推进系统做功的数学模型。基于盾构施工现场数据,得到盾构推进系统能耗数学模型。利用自适应粒子群算法(APSO)进行仿真实验,分析能耗变化和各个参数的灵敏度。(2)对盾构机刀盘系统进行分析,根据物理学理论对刀盘系统进行剖析,通过做功的角度定义能量的消耗。依据经验推导法和理论推导法求出刀盘扭矩,并比较两种方法的优劣。根据能量守恒原理,进一步求出刀盘系统做功的数学模型。基于盾构施工现场数据,得到盾构刀盘系统能耗数学模型。利用自适应遗传算法(AGA)进行仿真实验,分析实验结果。(3)通过对盾构机掘进系统的分析,得到推力与刀盘扭矩的改进公式,同时对盾构排渣系统进行分析,得到螺旋输送机扭矩的推导公式。基于对以上三个系统的分析,构建出盾构机掘进系统能耗数学模型。利用果蝇优化算法(FOA),对多参数进行协同优化,获得推力、推进速度、刀盘转速、切削深度、埋深、螺旋输送机转速、螺旋输送机扭矩的最优值。同时对各参数的寻优轨迹进行研究,揭示了各参数对能耗的影响程度。对掘进系统多参数协同优化和推进系统、刀盘系统单个变量参数优化的控制效果进行对比。结果表明,FOA算法对掘进系统的协同控制效果要好于APSO算法和AGA算法对对推进系统和刀盘系统的单个变量控制的效果。 【学位授予单位】：辽宁石油化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU621;TP273

【图文】：

马蹄形,盾构机,世界,盾构

土压平衡盾构机掘进系统能耗优化控制2009 年至今是中国盾构技术的跨越期，中国的盾构技术已经发展到高潮，自主创新研发不断涌现。2011 年，我国首台自主研发的微型泥水盾构和压岩石双模式盾构在伊朗伊斯法罕电缆隧道工程和伊朗马什哈德地铁工程中取得不错的效果。201年年底，在郑州中州大道下穿工程中，应用了世界上断面最大的土压平衡矩形顶管机断面尺寸为 10.12m×7.47m。2014 年，我国研制的泥水平衡盾构应用于兰州地铁穿黄工程建设，，国内地铁也将首次穿越黄河。2015 年，国内研发出一种可以使盾构的驱动效率大幅度提高的永磁同步驱动盾构，也是世界上第一台永磁同步驱动盾构，引领了盾构技术的新方向。2016 年，中国又取得突破，研发出高铁大直径泥水盾构和超大直径复合式泥水盾构，也是具有完全自主知识产权的。同年 7 月，在蒙华铁路白城隧道工程中使用的马蹄形盾构，是世界第一台马蹄形盾构，如图 1.1 所示，推动了盾构技术的新纪元。

盾构机

辽宁石油化工大学硕士学位论文土压平衡盾构机的构造及其工作原理土压平衡盾构机(EPBS)，也叫削土密封式盾构，是一种全封闭式盾构机。在纷堵的城市中，以高效率、无污染、安全性高等卓越的优势应用于各种隧道建设当中压平衡盾构机与泥水盾构的最大区别就是介质的不通，前者是泥水而后者是泥土盾构机推进过程中切削的土体等杂质通过螺旋输送机进入到土仓，然后再通过后车等运送到地表。为了保证安全，切削面必须保持压力的稳定，也就是前端刀盘的压力需要和土仓内是平衡的，同时也要保证进出螺旋输送机的土量也要一致，需要通过调节螺旋输送机转速或者刀盘转速来保持上述的实现。根据施工现场条及环境的不同，正确选择盾构机的类型也是至关重要的，盾构机的分类如图 2.1。总之，盾构技术的普及极大的促进了城市交通的发展，有着举重若轻的意义。

【参考文献】