盾构密封舱土压预测及优化控制智能策略

盾构掘进过程中开挖面压力失衡易导致地表塌陷或隆起的灾难性事故。由于密封舱土压的变化情况与开挖面压力密切相关,因此精确预测及控制密封舱土压是有效预防开挖面压力失衡的关键技术之一。为建立密封舱土压的预测模型,首先从机理上对密封舱土压与掘进参数的关系,特别是刀盘扭矩对土压的影响,做了详细分析,以此为基础确定了密封舱土压模型新的输入输出参数。然后建立了依据密封舱压力传感器数据、基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的土压预测模型。并且基于此预测模型,以密封舱内四点土压预测值与设定值偏差最小为优化指标,采用粒子群算法（PSO）对控制参数进行在线优化,实时控制密封舱土压平衡。最后结合现场施工数据进行了仿真对比分析,验证了模型的有效性和准确性,为准确预测和控制密封舱土压,保证掘进过程安全提供了技术支持。     

基于密封舱压力场梯度的盾构开挖面稳定性判定

提出了一种基于密封舱压力场梯度的土压平衡盾构开挖面稳定性的判定方法。利用非均匀B样条最小二乘方法建立了密封舱压力场的分布模型,在此基础上,分析了竖直与水平方向压力梯度的变化,基于密封舱压力场梯度范数给出了开挖面的稳定域及判定方法。对于压力场梯度范数的极值,采用多级动态惩罚函数与粒子群相结合的优化算法对优化函数进行求解。最后,利用现场施工数据进行了仿真研究,对密封舱压力平衡、失衡时的压力场及等压线分布特征进行了分析,并进一步对开挖面的稳定性进行了判断,验证了判定方法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

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.     

盾构机掘进过程中受力平衡分析

对盾构机进行受力平衡分析对于有效地控制地表变形和降低盾构掘进过程中的能源消耗是十分重要的.采用解析方法研究了盾构机掘进过程中的受力状态;研究了掘进工作面土压力、盾壳摩擦阻力和刀盘切刀贯入阻力的解析计算方法.研究表明,掘进工作面土压力阻力大约为盾壳与周围土体摩擦阻力的一半;而刀盘切刀贯入阻力为掘进工作面土压力阻力的20%左右.     

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.     

基于最小二乘支持向量机的动力配煤着火特性预测模型

将最小二乘支持向量机建模方法引入到动力配煤着火特性的分析建模中,针对配煤指标中计算困难的着火温度指标建立了最小二乘支持向量机模型,一方面克服了神经网络算法的过拟合、泛化能力弱等缺点;另一方面提高了求解过程的计算速度。采用微粒群算法(PSO)对模型参数进行优化,模型留一验证得到预测均方误差为8.60,相关系数为0.93,对65个样本进行预测分析,得到较高的预测精度。因此采用最小二乘支持向量机方法可以实现较精确的配煤着火温度预测。     

一种新的盾构机土仓压力控制模式及其实验研究

为解决盾构机土仓压力控制的快速性和稳定性问题,提出了一种新的控制策略。该控制策略将螺旋输送机的旋转速度和盾构机的推进速度作为可控变量,采用优化算法实现盾构机土仓压力自适应控制。研究表明：由于刀盘的直径比螺旋输送机的直径大很多,因此通过补充调整盾构机的推进速度控制土仓压力会更有效。试验结果表明,与单独控制螺旋输送机转速控制土仓压力方法相对比,土仓压力控制的快速性和稳定性都得到了提高。     

盾构技术在煤巷掘进中的应用探讨

盾构设备在硬岩巷道中掘进效率高于其他设备,技术日趋成熟.针对现阶段掘进设备中掘、锚、运失衡问题,煤炭企业积极寻求快速掘进解决方案,盾构掘进系统逐渐在煤矿全岩巷道掘进中得到应用.结合煤巷掘进现状及盾构机的结构特点,对岩巷掘进的应用实例进行了分析,并探讨了其在掘进中的优缺点.此外,总结提炼出盾构技术在煤巷掘进过程中可能面临...     

盾构机刀盘磨损修复技术的应用实践

刀盘是机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣。因此,刀盘在盾构推进过程中将会不可避免地出现磨损。通过工程实例,介绍了盾构机刀盘磨损修复的技术应用。     

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。     

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.     

掘进机上位机监控系统的研究及实现

针对掘进机施工对上位机监控系统的要求,研究开发了可视化的监控系统．介绍了该系统的硬件组成及软件结构,重点分析了程序运行状态的确定及地表沉降静、动态预测模型．提出了行之有效的解决方法,即依据掘进机各施工环节的运行状态,利用状态逻辑图,准确地确定了程序任一时间的运行状态;采用在线评估和对地表的静、动态预测方法及可视化手段较准确地预测出地表的沉降量．实践表明,该系统检测对象多、预测数据准确,且可实现可视化的在线评估及预测．