【摘要】：盾構機作為地下軌道交通最重要的機械設備,主要負責隧道的掘進及襯砌。土壓平衡盾構機以其獨特的優(yōu)點得到了廣泛的應用。由于盾構施工隨地質條件變化較大,控制參數(shù)之間存在耦合關系,難以識別建立精確的數(shù)學模型,盾構掘進過程中只能依靠盾構司機的經驗對電氣控制系統(tǒng)進行操作,施工質量人為操作影響因素較多,會出現(xiàn)地表的塌陷和隆起。因此利用智能控制算法建立土壓預測模型,優(yōu)化控制參數(shù),并對盾構機電氣控制系統(tǒng)進行研究設計,對于實現(xiàn)盾構掘進的自動控制,提高施工安全性具有重要的意義。論文首先,基于本次課題研究的背景與意義進行了詳細的論述,對國內外盾構技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行了闡述說明,并對土壓平衡盾構控制技術的研究現(xiàn)狀進行了介紹,研究了盾構機密封艙土壓平衡控制的必要性及合理性。其次,介紹了土壓平衡盾構機的主要系統(tǒng)組成,通過對盾構機推進機理的分析得到影響密封艙壓力的主要參數(shù),并做了詳細的分析,提出了基于粒子群智能算法優(yōu)化的BP神經網絡算法建立密封艙壓力預測模型的方法,利用粒子群智能算法對BP神經網絡的權值和閾值進行尋優(yōu),在土壓預測模型的基礎上,以密封艙多點輸出和期望土壓的差值最小為優(yōu)化目標,采用粒子群智能算法優(yōu)化螺旋輸送機轉速,實現(xiàn)密封艙的土壓平衡控制,利用現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)進行了仿真分析,驗證了該方案的有效性。最后,針對典型盾構機設計了主要電氣控制系統(tǒng)與和監(jiān)控系統(tǒng)。采用可編程控制器實現(xiàn)了盾構機對推進、刀盤及螺旋輸送機等子系統(tǒng)的控制,采用OPC技術實現(xiàn)了上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設計,從系統(tǒng)結構上對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、軟件架構、數(shù)據(jù)庫結構以及軟件的各個功能進行了設計。在對本系統(tǒng)的結構和功能進行設計的基礎上,實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)各個功能模塊的現(xiàn)場調試,并詳細闡述了具體的實現(xiàn)方法,在項目施工現(xiàn)場進行了施工應用并取得了理想的效果。
【圖文】：

圖 2-1 土壓平衡盾構機構造圖Figure2-1 The structure of earth pressure balance for shield machine2.2.1 刀盤系統(tǒng)盾構機的刀盤驅動系統(tǒng)是盾構設備的核心系統(tǒng)之一，是進行隧道挖掘的核工作系統(tǒng)。盾構機刀盤在隧道掘進過程中的轉速雖然不高，但是由于刀盤的直較大且實際施工地質結構復雜，要求刀盤的液壓驅動系統(tǒng)需要具有輸出扭矩大高功率、轉速可調范圍大、具有較好的抗沖擊能力、刀盤的正向/逆向旋轉和困等功能，同時，在滿足實際工程需要的基礎上，具有最小化裝機功率、節(jié)省源和降低損耗等工作特點。盾構機刀盤的具體作用有：隧道巖石破碎切削功能固定盾構機整體平穩(wěn)功能以及攪拌推進功能。目前的刀盤驅動方式主要為變頻動方式和液壓驅動方式。變頻驅動方式：由變頻器、電機、各種傳感器、工控機減速機及相應的密封裝置等組成，其優(yōu)點是噪音低，溫度變化小，效率高，，精高，電機功率恒定，使用及維修保養(yǎng)方便，且價格上比液壓驅動方式有優(yōu)勢。是其占地面積大，對環(huán)境濕度要求高。液壓驅動方式：液壓驅動方式主要由液泵站、管路、馬達驅動機構、減速機及相應的密封裝置等組成，其功率體積比大

圖 2-2 盾構機刀盤Figure2-2 Cutterheads of shield machine機在不同地層的地質條件可以選擇采用輻條式或面板式。在刀時，由于渣土流會經刀盤開口流入密封艙，盾構機在推進的過前方土體的水土壓力之間會產生壓力降，且根據(jù)不同刀盤的開力降也不同，因此對于盾構掘進面的水土壓力的把握比較困難刀盤僅由幾根輻條組成，刀盤轉動切削下來的渣土流直接進會有壓力的流失，同時在刀盤的后面安設有攪拌密封艙渣土的更好的流動性，容易進行土壓平衡的控制。因此刀盤形式選擇一土質且土質較軟地層的適應能力相對于面板式的盾構機要強的刀盤無法設置滾刀，因此在地質條件較硬且分布不均勻的土時，應該選擇刀盤形式為面板式的盾構機。盾構機刀盤結構如
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.43

【參考文獻】

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本文編號：2591251