盾构机土仓压力控制模型及其参数辨识

基于改性后渣土的非线性本构关系,建立了盾构机土仓压力控制模型。根据现场观测的土仓压力、螺旋输送机转速和盾构机推进速度数据,提出了基于遗传算法的土仓压力控制模型参数辨识方法。工程实践应用结果表明,所建立的土仓压力控制模型及其参数辨识方法是十分有效的,土仓压力控制模型预测的土仓压力与观测值吻合较好。     

土压平衡盾构机密封舱土压力控制方法

基于有限元数值模拟方法,建立了密封舱土压力控制的参考模型。以密封舱渣土的Duncan-Chang非线性弹性本构模型为基础,建立了盾构机密封舱土压力与盾构机推进速度和螺旋输送机转速的映射关系,提出了盾构机密封舱土压力优化控制模型。数值模拟结果表明,该方法对于有效控制密封舱土压力行之有效且易于实现。     

土压平衡式盾构机土舱压力控制仿真分析

阐述了土压平衡式盾构机电液控制系统工作原理。在AMESim仿真环境中搭建了系统的仿真模型,仿真分析了推进系统的推进速度、螺旋输送机转速以及密封土舱内土压力的相关关系。仿真结果表明,通过实时控制推进系统的推进速度和螺旋输送机的转速,可使密封土舱内的土压力达到稳定,从而保证施工质量,有效维持地表的稳定性。     

盾构掘进土压平衡控制模型

分析了影响盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土仓压力间的相互关系,采用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）建立了一个以推进力、推进速度、土仓压力实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的盾构土压平衡控制模型.在Matlab中利用100组施工现场数据对模型进行训练和参数优化,并采用另外100组数据对训练好的模型加以检验.结果表明,模型预测结果与实测数据吻合较好,说明该土压平衡控制模型能够很好地逼近盾构掘进此类非线性过程,同时可以对掘进参数进行有效的预测控制.     

盾构机土压平衡系统的ARMA模型及其参数估计

为了表征盾构机土仓压力平衡系统的时滞特性和提高模型的预测精度,建立了该系统的自回归滑动平均(ARMA)模型,并提出了基于优化算法的ARMA模型参数估计方法。实验结果表明,与经典的线性机理模型相对比,新模型显著提高了土仓压力的拟合和预测精度。ARMA模型预测土仓压力的最大相对误差从机理模型的41%降低到9%。结合实验数据,分析了该系统动态响应的时滞特性,分析表明,螺旋输送机转速对下一时刻土仓压力影响的时滞特性更加明显。     

EPB盾构机土仓压力分布有限元数值模拟

结合某地铁施工实例,采用有限元方法数值模拟了土压平衡盾构机的土仓压力.通过计算刀盘开口率不同的土仓压力分布,建立了盾构机土仓的承压隔板压力与开挖面压力的关系,研究了刀盘开口率对盾构机土仓压力分布的影响.通过回归分析,得到刀盘开口率与压力传递系数之间的映射关系.数值模拟结果表明,有限元模拟结果与现场观测值基本一致.     

盾构机土仓压力平衡系统智能建模及其实验

为解决盾构机土仓压力平衡系统时滞、非线性、时变和不确定特性建模问题,建立了基于神经网络和系统输入-输出观测数据的智能建模方法,解决了土仓压力平衡系统的解析数学建模所遇到的困难。计算结果表明,基于Gauss-Newton优化的神经网络训练方法,具有较快的收敛速度。盾构机实验台实验结果表明,与解析数学建模方法相比,所提出的新的智能建模方法拟合和预测精度提高了一个数量级,验证了智能建模方法的有效性和精确性。     

盾构掘进机推进液压系统压力流量复合控制分析

设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统，对液压缸进行了分组控制.分组中的压力传感器和位移传感器可实时检测液压缸的推进压力和推进位移，与比例溢流阀和比例调速阀构成闭环压力控制和闭环速度控制.利用AMESim和MATLAB/Simulink仿真软件对系统进行了动态仿真分析，采用模糊PID控制策略实现了推进压力和推进速度的实时仿真控制，并在模拟试验台上进行了实验分析.仿真和实验结果表明，所设计的推进液压系统能够满足推进过程中推进压力和推进速度的要求，同时通过实时调节推进速度在35 mm/min进行推土控制，能较好地控制密封仓内土压力为0.018～0.028 MPa，从而实现土压平衡.     

土压平衡盾构机密封舱压力控制实验研究

为了解决土压平衡盾构机密封舱压力自动控制问题,建立了密封舱压力控制机理模型和实验台。根据实验台观测数据,采用系统辨识方法识别控制模型中的参数。以优化理论为基础,提出了密封舱压力稳健控制方法。实验研究结果表明,所建立的压力控制机理模型、模型参数辨识方法和优化控制策略是有效的。     

气垫带式输送技术在盾构机中的应用

土压平衡式盾构机施工中的运输作业，都采用螺旋输送机和托辊带式输送机配合出料，其中托。辊带式输送机的盘槽边角难以增大，最大运输能力为450m^3/h(φ6．3m型盾构机)，使盾构机的掘进能力受到制约，得不到充分发挥。     

盾构掘进土压控制模型的建立及仿真

为建立以密封舱压力平衡为目标的土压控制模型,提出了采用机理分析与LS-SVM技术相结合的方法。首先对盾构掘进过程进行机理分析,根据掘进过程的连续性方程、力学平衡方程等,建立了密封舱土压控制模型;由于盾构总推力、推进速度、螺旋输送机转速等施工参数对密封舱土压的影响程度不同,在模型中引入了权重系数γ。然后基于LS-SVM技术建立了误差模型并求取参数γ的最优值。最后通过仿真验证了模型的有效性。     

Parameter identification and pressure control of dynamic system in shield tunneling using least squares method

An estimation approach using least squares method was presented for identification of model parameters of pressure control in shield tunneling. The state equation of the pressure control system for shield tunneling was analytically derived based on the mass equilibrium principle that the entry mass of the pressure chamber from cutting head was equal to excluding mass from the screw conveyor. The randomly observed noise was numerically simulated and mixed to simulated observation values of system responses. The numerical simulation shows that the state equation of the pressure control system for shield tunneling is reasonable and the proposed estimation approach is effective even if the random observation noise exists. The robustness of the controlling procedure is validated by numerical simulation results.     

基于密封舱压力场的盾构土压平衡控制建模与仿真

为实现更准确、有效的土压平衡控制,提出一种新的密封舱土压平衡控制的建模方法.基于小波阈值去噪后的现场施工数据,采用最小二乘法建立了密封舱压力场分布模型;在此基础上,通过分析掘进控制参数与密封舱压力的关系以及土压状态发生变化的影响因子,建立了以等效压力为控制目标的密封舱土压平衡控制模型.设计了模糊自适应PID控制器,构建了土压平衡控制系统.最后,利用现场施工数据进行仿真验证,结果表明模型的有效性,为盾构掘进过程的土压平衡控制奠定了基础。     

Experimental study on the pressure control of soil chamber in shield tunneling

A mathematical model of the soil pressure system in shield tunneling was proposed to optimize soil pressure control in the soil chamber, based on the constitutive relationship between strain and stress. The desired pressure is determined by using the finite element method. A linear quadratic constant state tracking problem was considered over an infinite time interval. The optimal control law was derived by differentiating the Hamilton function with respect to system input. In order to verify the effectiveness of the proposed mathematical model and optimal control law, an experimental study on the pressure control of the soil chamber in shield tunneling was conducted in a laboratory. The experiment results show that soil pressure in the soil chamber in shield tunneling can be accurately controlled.     

基于数据驱动的盾构机密封舱土压预测

盾构机是一种暗挖地下隧道工程的专用机械。为了保证盾构机安全、高效掘进,必须控制密封舱土压平衡。盾构机掘进过程中密封舱土压受多系统、多场耦合和地质条件突变等诸多因素影响,极易导致密封舱土压失衡而引起地表塌陷等安全事故。针对难以建立有效的机理模型进行密封舱土压预测并实施控制的问题,提出了基于多粒子群协同优化的并行支持向量机(PCPSO-PSVM)密封舱土压的数据驱动建模方法。采用分而治之的原则将数据样本分成4个子集、3个层次进行并行学习,再采用交叉反馈的方式更新初始样本重新训练直至结束,得到支持向量;利用协同粒子群并行计算优化支持向量机的参数,将粒子群并行分组寻优,在各自独立的进程内进行独立搜索,最后各群体汇集到主进程,计算得到模型的全局最优参数C和σ,得到密封舱土压预测模型。基于盾构施工现场的实测数据进行了仿真实验,对密封舱内4个土压力监测点进行建模预测,结果表明该方法具有较高的计算效率和预测精度,能够满足实时在线计算预测的要求。因此,完全可以通过这些压力监测点做出整个开挖面的土压力预测,以对密封舱土压失衡做出提前预警和决策。该方法实现了基于数据的快速密封舱土压建模预测,能够为开挖面的稳定控制提供及时、准确的判断依据,指导工程实践。