[發明專利]盾構掘進姿態的糾偏控制方法和裝置

有效

• 申請號: 202110303316.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112682049B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 楊洋;李志會;繆春遠;李敬余;吳克思;何玉山;高強;劉申
• 申請（專利權）人: 中鐵九局集團第四工程有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/06;E21F17/00;E21F17/18
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

本發明屬于一般的控制或調節系統技術領域，具體涉及一種盾構掘進姿態的糾偏控制方法和裝置，方法包括：構建盾構機的糾偏原理模型；糾偏原理模型包括糾偏軌跡曲線；確定糾偏原理模型的最小糾偏半徑；糾偏原理模型的最小糾偏半徑為糾偏軌跡曲線的曲率半徑；利用人工蟻群算法對預設的盾構機參數進行處理，得到最優特征子集；根據最小糾偏半徑和最優特征子集，構建盾構機的糾偏數學模型；基于糾偏數學模型，通過人工蜂群算法優化最優特征子集得到控制參數；并根據控制參數控制盾構機掘進姿態進行糾偏。通過引入蟻群算法能夠篩選出最優特征子集，將最優特征子集作為人工蜂群算法的初始種群，能夠提高求解質量，提高糾偏精度，達到更好的糾偏效果。

技術領域

本發明屬于一般的控制或調節系統技術領域，具體涉及盾構掘進姿態的糾偏控制方法和裝置。

背景技術

隨著城市化進程的發展，城市人口逐漸增多，地鐵隧道的建設成為緩解交通壓力、改善城市環境的重要舉措。明挖法和盾構法是地鐵隧道建設的主要方法。利用明挖法，修筑初砌等工作均在露天條件完成，地形、地貌、施工環境、天氣等因素對施工影響較大，導致明挖法的應用范圍受限。而盾構法屬于暗挖法，在實施中，由盾構機械在地下完成開挖、初砌、推進等工作，對城市地表、地面交通、居民出行和生活影響較小，且不受天氣和城市地形、地貌、江河水域等的影響。因此，盾構法施工掘進速度快，安全性高，人員傷亡少，成為地鐵隧道建設的首選方法。

在利用盾構法建設地鐵隧道的過程中，主要由盾構機完成對地下空間的挖掘，并沿隧道設計軸線向前推進，同時負責完成碴土輸送、隧道襯砌、測量糾偏等工作。然而，由于各種原因，在掘進過程中，盾構機的行駛軌跡與設計軸線產生偏差的現象十分常見。造成偏差的主要原因有3種：其一，盾構機管片選型不當、機械磨損、盾構導向系統測量誤差等機械自身原因，造成盾構機產生縱向或橫向偏移；其二，掘進地層復雜多變，軟硬不均勻，以及盾構機自身重力的影響，會導致盾構機產生縱向偏移；其三，操作人員經驗不足等人為原因，也會導致盾構機產生偏移。當偏差超過限定值時，將會使盾構機刀盤磨損加重，降低施工進度，給地鐵隧道建設帶來巨大的經濟損失。更為嚴重的是，當偏差超出設計軸線的極限值時，將會大大增加地鐵在運營中的安全風險。因此，如何快速準確調整盾構姿態，成為隧道盾構中普遍關注的問題。盾構糾偏是指通過調節盾構機推進系統液壓缸油壓大小，使盾構機的掘進軌跡趨于設計軸線的過程。

目前，主要通過人工調節液壓缸油壓的大小，來控制盾構機的姿態進行糾偏，糾偏效果主要取決于操作人員的技術熟練程度，若操作人員技術不熟練，在調節液壓缸油壓的過程中會出現超調或欠調的情況，盾構機的糾偏軌跡將成為蛇形軌跡。因此，盾構糾偏主要問題在于如何快速、準確調整液壓缸油壓的大小。

然而，由于影響盾構機狀態的不確定因素過于復雜，如何建立諸多影響因素與盾構糾偏的關系，并準確求解，成為地鐵隧道盾姿（即盾構機掘進的姿態）調整中的難點問題。智能優化算法能夠實現在不需要大量歷史數據的情況下，求出盾構糾偏時液壓缸油壓的變化量，指導盾構機實現準確糾偏。在求解過程中，由于不同區域液壓缸推力的相互制約，以及糾偏路徑最短的約束影響，增加了優化實現難度。人工蜂群算法作為一種智能優化算法，具有結構簡單、適應性強等優點，在求解盾構糾偏模型時，易于實現。但由于人工蜂群算法易陷入局部最優的問題，而引起優化精度低、收斂速度變慢，導致糾偏模型的求解結果精度降低，實用性不強。

因此，需要提供一種針對上述現有技術中不足的改進技術方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種盾構掘進姿態的糾偏控制方法和裝置，用于克服上述現有技術中存在的問題。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種盾構掘進姿態的糾偏控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，構建盾構機的糾偏原理模型；所述糾偏原理模型包括糾偏軌跡曲線；

步驟2，確定所述糾偏原理模型的最小糾偏半徑；所述糾偏原理模型的最小糾偏半徑為所述糾偏軌跡曲線的曲率半徑；