盾构机掘进过程姿态建模与控制研究
发布时间：2021-03-11 09:59
近年来,城市交通道路建设需求飞速增长,然而,可利用的土地资源越来越少,因此地铁隧道成为了未来城市交通建设的发展趋势。盾构技术由于开挖速度快、对地面建筑和现有道路影响小等优点,成为了地铁隧道建设的首要选择。盾构机在施工过程中需要按照预先设计的轨迹前进,有着严格的精度要求。然而,在掘进过程中,由于复杂多变的地质情况和随机强载荷的影响,导致工作时的开挖路线与预先设计的路线之间经常发生偏差。如果不能及时快速的纠正掘进轨迹,使盾构机按照预先设计的路线运行,将会影响施工进度,甚至导致严重的事故乃至整个工程的失败。因此,采用合适的控制策略来实现准确、快速地姿态纠偏控制具有实际意义。针对目前盾构姿态纠偏控制大多基于司机的经验,人工手动的进行控制,或者基于经验进行PID控制,难以实时有效的进行姿态控制,而且控制效果也不是很理想,容易形成蛇形纠偏的情况。本文对盾构施工时的姿态控制系统的建模和控制策略进行了分析和研究,希望能对盾构的姿态控制起到一些帮助。主要研究工作如下:1、建立了盾构姿态控制系统的模型。要想对盾构的掘进轨迹快速准确的控制,需要准确快速的控制液压推进系统,通过大量的参考文献总结出,需要在施工...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年城市的轨道建设的新增里程（单位：公里）
于开挖速度快，对原有环境的影响小，不影响交通等优点，已经成为国内外地铁建设以及其他地下工程的重要技术之一[2]。1.1.2研究意义盾构（ShiledMachine）是一种专用于隧道地下施工的大型高科技设备，在地铁隧道[3][4]、穿山公路[5]、水利工程[6][7]、水电设施[8]等大型工程中应用广泛。盾构机的构造非常复杂，大型盾构机重达几百吨，长五六十米，造价高达数亿元，被称为“地下蛟龙”。盾构的控制非常复杂，涉及机械力学、电气控制、地质力学、液压流体力学、控制理论等学科和技术[9]。这一方法的主要建设的过程如图1.2，DTA代表预先设计的挖掘路线，盾构机需要沿着预先规定的路线工作，然而由于各种复杂的地质因素和盾构机本身的构造的复杂性，在工作时经常会产生偏差[10]，所以图中可以看到还有一条纠偏曲线，完工隧道也不是严格的和设计轴线一致。图1.2盾构法施工掘进过程
第一章绪论4常巨大。Brunel这次进行施工的盾构如图1.3，之后经过多年的发展，1869年出现了圆形断面的盾构机，并用于隧道的开挖，取得了成功。1887年，这种方法盾成功的应用于地铁的建设，这代表着盾构施工技术的开始。从19世纪末开始，利用盾构进行开挖的技术传入了许多欧美国家，开始了飞速的发展。九十年代第一款密封式的盾构机在美国被制造出来，并成功进行了施工；巴黎首次在修建了下水道隧道中使用了长方形盾构；1910年德国盾构完成了易北河隧道的施工；1926年日本在丹那导水隧道的修建中使用了盾构机进行施工，但是由于遇到硬岩地质，最终放弃了。我国第一次使用盾构法施工是在1954年，在辽宁阜新使用了盾构机修建了疏水道，之后又在北京使用了盾构法修建了下水道隧道。图1.3Brunel注册专利的盾构1960年~1980年是盾构技术高速发展的时期，许多新式的盾构出现，可供使用的选择种类极大地扩充了，包括着泥水以及土压形式的盾构[14]。日本首先研制出了通过泥水加压维持盾构工作平衡的盾构机，之后又开发出了封闭式的利用土压使开挖面维持平衡的盾构机。这两种盾构方式直到现在，仍被广泛使用。20世纪末到21世纪初，盾构技术开始飞速发展和成熟，许多之前的难题得以解决。盾构开挖的隧道的距离不断加大，一些大型的盾构相继出现，能够一次性开挖更大面积的隧道，能够使道路修建的更宽、更快。日本于九十年代修建的总长度为15公里隧道，使用就是大型盾构机；2003年德国使用复合盾构机直径为14.2米，修建了长达14公里的隧
【参考文献】：
期刊论文
[1]超大直径盾构管片拼装机关键技术[J]. 贾连辉,李太运. 浙江大学学报(工学版). 2020(04)
[2]基于改进型粒子群优化算法的双辊薄带振动铸轧压下控制系统优化[J]. 孙明翰,许哲,郑立康,许志强,杜凤山. 中国机械工程. 2020(03)
[3]基于PSO优化刮板输送机调速系统设计[J]. 胡磊,郭卫,王渊. 煤矿机械. 2019(10)
[4]基于改进PSO算法的机器人路径规划及实验[J]. 康玉祥,姜春英,秦运海,叶长龙. 机器人. 2020(01)
[5]我国盾构机再制造产业现状及发展对策研究[J]. 周新远,李恩重,张伟,史佩京,徐滨士. 现代制造工程. 2019(08)
[6]基于粒子群优化算法的自调节非线性PID气缸位置控制研究[J]. 杨定成,吴金文. 现代制造工程. 2019(08)
[7]新型盾构隧道防水体系工程试验及数值分析[J]. 张子新,肖时辉,刘曈葳,黄昕,何人. 上海交通大学学报. 2019(06)
[8]富水砂卵石地层盾构隧道微扰动施工关键技术[J]. 戴志仁. 中国铁道科学. 2019(02)
[9]Particle swarm optimization-based algorithm of a symplectic method for robotic dynamics and control[J]. Zhaoyue XU,Lin DU,Haopeng WANG,Zichen DENG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(01)
[10]基于改进PSO算法的加热系统分数阶控制[J]. 姜苏英. 计算机与现代化. 2018(07)
博士论文
[1]盾构推进电液系统动力学特性及轨迹实时精确控制研究[D]. 刘志斌.浙江大学 2015
硕士论文
[1]地铁隧道盾构智能纠偏优化控制研究[D]. 李洋.长安大学 2019
[2]盾构机掘进过程中轨迹跟踪控制的研究[D]. 黄少会.浙江大学 2018
[3]TBM主机多自由度耦合动力学行为及实测验证[D]. 吴瀚洋.大连理工大学 2016
[4]盾构机轨迹跟踪控制的研究[D]. 杨霞.大连理工大学 2009
本文编号：3076290
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年城市的轨道建设的新增里程（单位：公里）
于开挖速度快，对原有环境的影响小，不影响交通等优点，已经成为国内外地铁建设以及其他地下工程的重要技术之一[2]。1.1.2研究意义盾构（ShiledMachine）是一种专用于隧道地下施工的大型高科技设备，在地铁隧道[3][4]、穿山公路[5]、水利工程[6][7]、水电设施[8]等大型工程中应用广泛。盾构机的构造非常复杂，大型盾构机重达几百吨，长五六十米，造价高达数亿元，被称为“地下蛟龙”。盾构的控制非常复杂，涉及机械力学、电气控制、地质力学、液压流体力学、控制理论等学科和技术[9]。这一方法的主要建设的过程如图1.2，DTA代表预先设计的挖掘路线，盾构机需要沿着预先规定的路线工作，然而由于各种复杂的地质因素和盾构机本身的构造的复杂性，在工作时经常会产生偏差[10]，所以图中可以看到还有一条纠偏曲线，完工隧道也不是严格的和设计轴线一致。图1.2盾构法施工掘进过程
第一章绪论4常巨大。Brunel这次进行施工的盾构如图1.3，之后经过多年的发展，1869年出现了圆形断面的盾构机，并用于隧道的开挖，取得了成功。1887年，这种方法盾成功的应用于地铁的建设，这代表着盾构施工技术的开始。从19世纪末开始，利用盾构进行开挖的技术传入了许多欧美国家，开始了飞速的发展。九十年代第一款密封式的盾构机在美国被制造出来，并成功进行了施工；巴黎首次在修建了下水道隧道中使用了长方形盾构；1910年德国盾构完成了易北河隧道的施工；1926年日本在丹那导水隧道的修建中使用了盾构机进行施工，但是由于遇到硬岩地质，最终放弃了。我国第一次使用盾构法施工是在1954年，在辽宁阜新使用了盾构机修建了疏水道，之后又在北京使用了盾构法修建了下水道隧道。图1.3Brunel注册专利的盾构1960年~1980年是盾构技术高速发展的时期，许多新式的盾构出现，可供使用的选择种类极大地扩充了，包括着泥水以及土压形式的盾构[14]。日本首先研制出了通过泥水加压维持盾构工作平衡的盾构机，之后又开发出了封闭式的利用土压使开挖面维持平衡的盾构机。这两种盾构方式直到现在，仍被广泛使用。20世纪末到21世纪初，盾构技术开始飞速发展和成熟，许多之前的难题得以解决。盾构开挖的隧道的距离不断加大，一些大型的盾构相继出现，能够一次性开挖更大面积的隧道，能够使道路修建的更宽、更快。日本于九十年代修建的总长度为15公里隧道，使用就是大型盾构机；2003年德国使用复合盾构机直径为14.2米，修建了长达14公里的隧
【参考文献】：
期刊论文
[1]超大直径盾构管片拼装机关键技术[J]. 贾连辉,李太运. 浙江大学学报(工学版). 2020(04)
[2]基于改进型粒子群优化算法的双辊薄带振动铸轧压下控制系统优化[J]. 孙明翰,许哲,郑立康,许志强,杜凤山. 中国机械工程. 2020(03)
[3]基于PSO优化刮板输送机调速系统设计[J]. 胡磊,郭卫,王渊. 煤矿机械. 2019(10)
[4]基于改进PSO算法的机器人路径规划及实验[J]. 康玉祥,姜春英,秦运海,叶长龙. 机器人. 2020(01)
[5]我国盾构机再制造产业现状及发展对策研究[J]. 周新远,李恩重,张伟,史佩京,徐滨士. 现代制造工程. 2019(08)
[6]基于粒子群优化算法的自调节非线性PID气缸位置控制研究[J]. 杨定成,吴金文. 现代制造工程. 2019(08)
[7]新型盾构隧道防水体系工程试验及数值分析[J]. 张子新,肖时辉,刘曈葳,黄昕,何人. 上海交通大学学报. 2019(06)
[8]富水砂卵石地层盾构隧道微扰动施工关键技术[J]. 戴志仁. 中国铁道科学. 2019(02)
[9]Particle swarm optimization-based algorithm of a symplectic method for robotic dynamics and control[J]. Zhaoyue XU,Lin DU,Haopeng WANG,Zichen DENG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(01)
[10]基于改进PSO算法的加热系统分数阶控制[J]. 姜苏英. 计算机与现代化. 2018(07)
博士论文
[1]盾构推进电液系统动力学特性及轨迹实时精确控制研究[D]. 刘志斌.浙江大学 2015
硕士论文
[1]地铁隧道盾构智能纠偏优化控制研究[D]. 李洋.长安大学 2019
[2]盾构机掘进过程中轨迹跟踪控制的研究[D]. 黄少会.浙江大学 2018
[3]TBM主机多自由度耦合动力学行为及实测验证[D]. 吴瀚洋.大连理工大学 2016
[4]盾构机轨迹跟踪控制的研究[D]. 杨霞.大连理工大学 2009
本文编号：3076290
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