【摘要】：在城市中,人口的快速增多使交通變的擁堵,為了緩解此問題,地下空間開發(fā)和利用成為城市發(fā)展的主要趨勢,地下的工程建設主要依賴于盾構技術。土壓平衡盾構機以高效安全、擾動小、地質條件適應力強等優(yōu)點著稱。但是它的施工水平要求高并且投資成本很大,為了能夠節(jié)約成本就必須降低能耗,提高施工效率,節(jié)省不必要能源的浪費。為了解決以上問題,本文對土壓平衡盾構機掘進過程中的能耗進行了研究:(1)對影響盾構機推進系統(tǒng)的參數(shù)進行理論分析,依據(jù)土力學和流體力學理論對推進系統(tǒng)進行受力分析,通過做功的角度定義能量的消耗。求出盾構機的推力,并依據(jù)能量守恒原理,進一步求出推進系統(tǒng)做功的數(shù)學模型�；诙軜嬍┕がF(xiàn)場數(shù)據(jù),得到盾構推進系統(tǒng)能耗數(shù)學模型。利用自適應粒子群算法(APSO)進行仿真實驗,分析能耗變化和各個參數(shù)的靈敏度。(2)對盾構機刀盤系統(tǒng)進行分析,根據(jù)物理學理論對刀盤系統(tǒng)進行剖析,通過做功的角度定義能量的消耗。依據(jù)經驗推導法和理論推導法求出刀盤扭矩,并比較兩種方法的優(yōu)劣。根據(jù)能量守恒原理,進一步求出刀盤系統(tǒng)做功的數(shù)學模型�；诙軜嬍┕がF(xiàn)場數(shù)據(jù),得到盾構刀盤系統(tǒng)能耗數(shù)學模型。利用自適應遺傳算法(AGA)進行仿真實驗,分析實驗結果。(3)通過對盾構機掘進系統(tǒng)的分析,得到推力與刀盤扭矩的改進公式,同時對盾構排渣系統(tǒng)進行分析,得到螺旋輸送機扭矩的推導公式�；趯σ陨先齻�系統(tǒng)的分析,構建出盾構機掘進系統(tǒng)能耗數(shù)學模型。利用果蠅優(yōu)化算法(FOA),對多參數(shù)進行協(xié)同優(yōu)化,獲得推力、推進速度、刀盤轉速、切削深度、埋深、螺旋輸送機轉速、螺旋輸送機扭矩的最優(yōu)值。同時對各參數(shù)的尋優(yōu)軌跡進行研究,揭示了各參數(shù)對能耗的影響程度。對掘進系統(tǒng)多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化和推進系統(tǒng)、刀盤系統(tǒng)單個變量參數(shù)優(yōu)化的控制效果進行對比。結果表明,FOA算法對掘進系統(tǒng)的協(xié)同控制效果要好于APSO算法和AGA算法對對推進系統(tǒng)和刀盤系統(tǒng)的單個變量控制的效果。 【學位授予單位】：遼寧石油化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU621;TP273

【圖文】：

土壓平衡盾構機掘進系統(tǒng)能耗優(yōu)化控制2009 年至今是中國盾構技術的跨越期，中國的盾構技術已經發(fā)展到高潮，自主創(chuàng)新研發(fā)不斷涌現(xiàn)。2011 年，我國首臺自主研發(fā)的微型泥水盾構和壓巖石雙模式盾構在伊朗伊斯法罕電纜隧道工程和伊朗馬什哈德地鐵工程中取得不錯的效果。201年年底，在鄭州中州大道下穿工程中，應用了世界上斷面最大的土壓平衡矩形頂管機斷面尺寸為 10.12m×7.47m。2014 年，我國研制的泥水平衡盾構應用于蘭州地鐵穿黃工程建設，，國內地鐵也將首次穿越黃河。2015 年，國內研發(fā)出一種可以使盾構的驅動效率大幅度提高的永磁同步驅動盾構，也是世界上第一臺永磁同步驅動盾構，引領了盾構技術的新方向。2016 年，中國又取得突破，研發(fā)出高鐵大直徑泥水盾構和超大直徑復合式泥水盾構，也是具有完全自主知識產權的。同年 7 月，在蒙華鐵路白城隧道工程中使用的馬蹄形盾構，是世界第一臺馬蹄形盾構，如圖 1.1 所示，推動了盾構技術的新紀元。

遼寧石油化工大學碩士學位論文 土壓平衡盾構機的構造及其工作原理土壓平衡盾構機(EPBS)，也叫削土密封式盾構，是一種全封閉式盾構機。在紛堵的城市中，以高效率、無污染、安全性高等卓越的優(yōu)勢應用于各種隧道建設當中壓平衡盾構機與泥水盾構的最大區(qū)別就是介質的不通，前者是泥水而后者是泥土盾構機推進過程中切削的土體等雜質通過螺旋輸送機進入到土倉，然后再通過后車等運送到地表。為了保證安全，切削面必須保持壓力的穩(wěn)定，也就是前端刀盤的壓力需要和土倉內是平衡的，同時也要保證進出螺旋輸送機的土量也要一致，需要通過調節(jié)螺旋輸送機轉速或者刀盤轉速來保持上述的實現(xiàn)。根據(jù)施工現(xiàn)場條及環(huán)境的不同，正確選擇盾構機的類型也是至關重要的，盾構機的分類如圖 2.1�？傊�，盾構技術的普及極大的促進了城市交通的發(fā)展，有著舉重若輕的意義。

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本文編號：2712118