[發明專利]隧道自動掘進目標協同控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110558171.6
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113311750B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 胡珉;朱雁飛;吳秉鍵;李波;裴烈烽;盧靖;吳奕賢;吳忠明
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海隧道工程有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 嚴帥

本發明揭示了一種隧道自動掘進目標協同控制系統及方法，所述目標協同控制系統包括分項目標協同優化子模型、若干關系子模型、若干控制子系統及掘進性能評價子模型；若干關系子模型包括推進控制參數與前方沉降關系模型、注漿控制參數與后方沉降關系模型推進區域油壓與盾構姿態關系模型管片拼裝點位與管片超前量關系模型；若干控制子系統包括推力控制子系統、注漿控制子系統、姿態控制子系統和點位選擇子系統；掘進性能評價子模型用以評價目前盾構掘進的性能。本發明揭示的隧道自動掘進目標協同控制系統及方法，可從綜合性能最優的角度對各個控制子系統的控制量進行協調和優化，保障隧道施工質量和效率。

技術領域

本發明屬于隧道施工控制技術領域，涉及一種隧道施工控制系統，尤其涉及一種隧道自動掘進目標協同控制系統及方法。

背景技術

盾構機是一個復雜系統，整個系統由多個控制子系統來實現。其中推進控制子系統、注漿控制子系統、姿態控制子系統和管片拼裝子系統是最為核心的幾個子系統，分別用于控制盾構機切口前方土體變形、盾構機尾部后方土體變形、盾構姿態糾偏和隧道最終拼裝成型。雖然這些子系統都有獨立的控制目標，但實際在執行過程中，又會互相影響。例如：盾構姿態糾偏控制主要由姿態控制子系統通過調節分區油壓、設定盾構鉸接度數和千斤頂編組與開關來實現，但是其實際姿態變化又會受到前方土壓力、尾部注漿壓力和已經拼裝完成的隧道管片的支撐力的影響。又如：盾構盾尾后方沉降主要和注漿量和注漿壓力有關，但是其沉降量也受到盾構姿態變化和推進控制子系統對土體擾動的影響。

然而，目前對于這些控制子系統的研究基本上是獨立進行的。推進控制子系統的研究重點是尋找合適的設定切口壓力，通過壓力調節實現切削面的平衡，減少對土體的擾動，控制前方土體變形。注漿控制子系統研究重點是研究盾構后方區域土體變形與同步注漿漿液初凝時間、注漿量和注漿壓力的關系，尋找合適的注漿量。姿態控制子系統的研究重點是如何調節各區域油壓，改變盾構機受力情況，控制盾構機姿態。管片拼裝子系統的研究重點是如何選擇管片片型和拼裝點位，以保證成型隧道的質量。

雖然也有一些研究會考慮到其中二個子系統之間的相關作用關系，但是也只是圍繞某一子目標，考慮其他子系統的特征量對這一目標的影響。例如，中國專利CN201910122517.0揭示了一種管片選型方法，圍繞成型隧道質量，考慮了盾構姿態參數、盾構水平偏差值以及盾構豎直偏差值對前期管片拼裝點位的需要。中國專利201210073735.8揭示一種盾構法隧道施工地面沉降控制方法，提及沉降控制需要考慮推進速度、每環出土量及注水量、盾構糾偏幅度、同步注漿量和漿液質量的影響，即沉降控制與姿態控制系統有一定聯系，但是其專利陳述中，只是認為這些因素與沉降有關，給出一些參數控制的建議值范圍，但這些建議值范圍是獨立的、不變的，且并沒有與其他控制目標之間建立關系。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的隧道掘進控制方式，以便克服現有隧道掘進控制方式存在的上述至少部分缺陷。

發明內容

本發明提供一種隧道自動掘進目標協同控制系統及方法，可從綜合性能最優的角度對各個控制子系統的控制量進行協調和優化，保障隧道施工質量和效率。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，采用如下技術方案：

一種隧道自動掘進目標協同控制系統，所述目標協同控制系統包括：分項目標協同優化子模型、若干關系子模型、若干控制子系統及掘進性能評價子模型；

所述分項目標協同優化子模型用以對各分項目標進行調整，提升盾構機在推進效率和效果；所述分項目標協同優化子模型的輸入為掘進性能評價模型給出的評價結果；輸出為優化后的各分項控制目標值；

若干關系子模型包括推進控制參數與前方沉降關系模型、注漿控制參數與后方沉降關系模型、推進區域油壓與盾構姿態關系模型、管片拼裝點位與管片超前量關系模型；