盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制糾偏方案引言煎盾構(gòu)地鐵筆區(qū)間隧道工程刮，地層蠻條件以值砂土恢、礫巖和卵石斤為主。綁在耕該闊地層銳中施工舒盾構(gòu)易產(chǎn)生偏鑒載，盾構(gòu)掘進(jìn)點(diǎn)方向較難控制走。區(qū)間隧道桶設(shè)計(jì)軸線最小汁曲率半徑為茂45印0杯米講，采用從畏日喉式盆引進(jìn)的王鉸接式土壓平姑衡盾構(gòu)養(yǎng)施工篇。喜盾構(gòu)掘進(jìn)摧方向計(jì)算機(jī)輔尼助朽控制是一種開(kāi)典環(huán)控制方式，舉其輔助控制輸抓出的信息供盾鴉構(gòu)司機(jī)拉糾偏時(shí)現(xiàn)參考，吩以尸指導(dǎo)盾構(gòu)司機(jī)槳及時(shí)茂調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)優(yōu)方向，裂其目的提高晌盾構(gòu)掘進(jìn)方向費(fèi)控制信息化施萄工手段，瓶提高隧道攪軸線的施工質(zhì)粗量顏目盾。江2夾．盡盾稀構(gòu)掘進(jìn)蹈方向酸計(jì)算機(jī)輔助瑞控制勒的刮基本條件壘2昌.1.稈土體穩(wěn)定對(duì)盾掘構(gòu)方向控制的獲影響帆盾構(gòu)施工過(guò)程找中必須合理控夠制出土量，防紗止超挖或欠挖墾引起盾構(gòu)機(jī)前那進(jìn)方向失控。界采取土壓平衡容控制叮方式并合理進(jìn)霧行同步注漿扇，是保持土體丈穩(wěn)定的有效技柿術(shù)措施。飾2提.2.秀土質(zhì)條件對(duì)盾普構(gòu)機(jī)方向控制缺的影響初在實(shí)際施工中筑由于土質(zhì)饅或設(shè)備納條件根等窄因攪素安,宮盾構(gòu)至姿態(tài)的名方向不一定是窮盾構(gòu)串前進(jìn)的方向尤。作例如夢(mèng)圖染1.嬸中璃，慰a撞為盾構(gòu)前進(jìn)方絞向奏,按b諷為膝盾構(gòu)姿態(tài)方向磨，透θ留為裕a踩與沫b薯的夾角訂。呆植深加梁灶θ票等于匯0釘切仿盾θ先不肢等于環(huán)0幟圖勝1統(tǒng).評(píng)土質(zhì)條件對(duì)盾緣構(gòu)前進(jìn)方向的堅(jiān)影響愁因此，盾構(gòu)欣姿態(tài)抹的裕方向趙不一定是主控尾對(duì)象，而是盾傲構(gòu)克方向驗(yàn)控制手段的一銹個(gè)重要環(huán)節(jié)。敢2.3桐.皺希糾偏設(shè)備對(duì)盾息構(gòu)方向控制的度影響。商建要實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘炮進(jìn)方向計(jì)算機(jī)注輔助控制，必噴須具備及時(shí)檢犬測(cè)盾構(gòu)位置和姐施工狀態(tài)信號(hào)千的設(shè)備，必須孩具備籮糾偏上控制器及窄執(zhí)行方向控制供信號(hào)的機(jī)械傳禿動(dòng)機(jī)構(gòu)。蛇2.4勝.腐附糾偏策略對(duì)盾牧構(gòu)方向控制的尸影響。怎克鄭在具有連續(xù)檢拐測(cè)盾構(gòu)位置和硬糾偏裝置的條怖件下，糾偏控礎(chǔ)制策略的正確樓與否是糾偏控職制效果的關(guān)鍵鍛。賓盾構(gòu)掘進(jìn)方向嗎糾偏雖系統(tǒng)構(gòu)成型盾構(gòu)掘進(jìn)方向侵糾偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)濱見(jiàn)蜘圖轎2賤。帽3.1.誼利姿態(tài)檢測(cè)裝置作盾構(gòu)姿態(tài)信息現(xiàn)是糾偏控制的恒主要依據(jù)。置收于隧道內(nèi)測(cè)量鐵架上的全站儀杜（軌1殊）跟蹤目標(biāo)靶本，目標(biāo)靶由三脈組棱鏡栽（湖2跳）和目標(biāo)靶控地制器枝（揀3歲）組成。由全輸站儀檢測(cè)的盾站構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)送慈盾構(gòu)姿態(tài)管理驢系統(tǒng)切（敘4硬）。尖3.2.熄零執(zhí)行機(jī)構(gòu)誰(shuí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)崖備狀態(tài)是糾偏慌控制的信息源暖之一。包括盾富構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)彎（教5葛）、鉸接千斤侮頂狀態(tài)箱（指6攪）、推進(jìn)千斤字頂狀態(tài)吩（圓7書(shū)）、掘進(jìn)分區(qū)專油壓狀態(tài)即（璃8焰）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)怪的動(dòng)作直接改五變盾構(gòu)掘進(jìn)方涂向，包括鉸接逼千斤頂?shù)牟煌瑢？刂崎L(zhǎng)度嚇（旬9葉）、推濁進(jìn)理4腿區(qū)油缸的不同包油壓壘（昂1滾0考），推進(jìn)千斤毛頂選擇使用的崗不同狀態(tài)竿（賠1殃1仔）。種3.3.怨剛控制機(jī)構(gòu)伴過(guò)程邏輯控制固器縮（蔬1剛2妖）在盾構(gòu)方向悄控制系統(tǒng)中，府是糾偏控制器謎（衣1裹3浸）與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)惠備合I/澇O亮信號(hào)的接口。邀糾偏控制器是芳形成糾偏策略孫的的核心。糾意偏控制器高選用平板式工繼業(yè)控制計(jì)算機(jī)矛，基本配置忘為號(hào)P兩43.0G創(chuàng)、販512M母內(nèi)存、東80G院硬盤(pán)、液晶顯男示器。嘗3.4烏.定控制器軟件平擔(dān)臺(tái)愧采象用繳Window子s訪操作系統(tǒng)，接獻(xiàn)口應(yīng)用平臺(tái)為瓶國(guó)產(chǎn)軟畜件倦“氏組態(tài)鳥(niǎo)王斧”球，開(kāi)發(fā)平臺(tái)羅為濃Visual習(xí)C++6簡(jiǎn).0鋼螺。礙圖躍2銜.拍盾構(gòu)方向控制版硬件構(gòu)成圖攏寶4婚．喪盾構(gòu)掘進(jìn)方向有控制工作叼原理麻在掘進(jìn)工況下掏，以掘進(jìn)千斤徐頂?shù)奈恢米兓蜃鳛榭刂浦芷诳?。由盾?gòu)姿態(tài)荒測(cè)量裝置的目先標(biāo)靶位置和設(shè)亦計(jì)軸線塔比較后袍得出誤差值，處根據(jù)康位置耽誤差和工程特礎(chǔ)點(diǎn)構(gòu)建這的賣虛擬目標(biāo)值為惕盾構(gòu)方向丘控制設(shè)定值。盆根據(jù)模糊控制宰輸出得見(jiàn)出頃糾偏向量增量浸，遺并別建立糾偏向量災(zāi)和糾偏執(zhí)行機(jī)吵構(gòu)的關(guān)系。嶼最后，在計(jì)算越機(jī)操作友界面上顯示臂實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)方蛋向糾偏控制吐的參數(shù)思建議，供盾構(gòu)抹司機(jī)參考。像4.1.儉糾偏信息及信塵息流向僑輸入袖糾偏控制器的哲信息主要打有扁3雖類：隧道設(shè)計(jì)渴軸線數(shù)據(jù)；盾嗚構(gòu)姿態(tài)測(cè)量數(shù)偽據(jù)；盾構(gòu)設(shè)備睡狀態(tài)數(shù)據(jù)。爆涉及盾構(gòu)糾偏逗控制的輸出信皂息主要抱有悅2沸類：掘進(jìn)千斤溜頂啟用或停用腳的開(kāi)關(guān)量建議頁(yè)值；鉸接千斤宜頂長(zhǎng)度和推進(jìn)翅千斤頂油壓設(shè)爪定模擬量建議恭值。參見(jiàn)圖買(mǎi)3懇。出挖白樣扮倡伙糧筆圖薄3多.摘玉糾偏信息及信遇息流向姜4.2諒.止設(shè)計(jì)軸線數(shù)據(jù)小隧道設(shè)計(jì)軸線晝是盾構(gòu)姿態(tài)控形制的目標(biāo)。在慘掘進(jìn)過(guò)程中，汗及時(shí)掌握盾構(gòu)歇所處位置的隧橡道設(shè)計(jì)線型和勝設(shè)計(jì)坐標(biāo)，是忽有效控制盾構(gòu)三姿態(tài)的基礎(chǔ)?？痰罔F區(qū)間隧道先設(shè)計(jì)軸線線型咱主要掀有愉3案種類型：直線溪型、緩和曲線誘、圓曲線。分嚴(yán)別編制成標(biāo)準(zhǔn)禾函數(shù)，以便調(diào)呈用。拔根據(jù)地鐵區(qū)間喬隧道軸線設(shè)計(jì)載文件膛（鞏DT則A條）提供的線型織和關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)鐮，編制由掘進(jìn)唉里騎程晴(s桂)廳為自變量，以志盾構(gòu)切口平面用坐妻標(biāo)僑(q備x想、辭qy梁)忠、切口高程坐暮標(biāo)誓（減q貍h妨）、鉸接平面揚(yáng)坐彎標(biāo)險(xiǎn)(j姓x缺、駕jy控)展、鉸接高程坐兔標(biāo)滅（海j缺h錄）、盾尾平面潛坐份標(biāo)蜂(w蜘x介、甲wy盟)抱、盾尾高程坐而標(biāo)清（碌w筆h職）為應(yīng)變量的垃函數(shù)。寸因就此，盾構(gòu)在掘稻進(jìn)過(guò)程中任一長(zhǎng)掘進(jìn)里程，總散有確定的設(shè)計(jì)緒軸線空間位置梅相對(duì)應(yīng)。責(zé)4.3江.且盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量煎數(shù)據(jù)極盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量棚主要約有叫7動(dòng)組數(shù)據(jù)：盾構(gòu)辦掘進(jìn)里程馳（椒s繁）；切口平面艱誤差買(mǎi)（態(tài)qp撞e缺）；切口高程雖誤差切（械qh閣e鞋）；鉸接平面誰(shuí)誤差傅（絮jp寬e挪）；鉸接高程社誤差猜（況jh赤e繞）；盾尾平面央誤差學(xué)（瘡wp乞e百）；盾尾高程軟誤差時(shí)（飛wh億e芹）。挨4.4.叫宿盾構(gòu)設(shè)備狀態(tài)宵數(shù)據(jù)瘋由過(guò)程邏輯控身制器氏（悔PLC蛇）采集的盾構(gòu)條設(shè)備狀態(tài)兩信息：盾構(gòu)掘粥進(jìn)狀態(tài)、千斤精頂狀態(tài)、掘進(jìn)犁分轉(zhuǎn)區(qū)油壓狀態(tài)。瞧盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)表：分為掘進(jìn)狀瞇態(tài)、拼裝狀態(tài)知、停止?fàn)顟B(tài)。葬掘進(jìn)千斤頂狀匆態(tài)霞：責(zé)2請(qǐng)2池個(gè)推進(jìn)千斤頂斷的伸、縮、停綠狀態(tài)。遷掘進(jìn)千斤頂油稱壓狀態(tài)：推進(jìn)跳千斤頂上、下助、左、扶右氧4搶個(gè)分區(qū)的油壓及數(shù)值。琴鉸接千斤頂?shù)囊\長(zhǎng)度：上、下坦、左、歐右撐4樓個(gè)鉸接千斤頂模的伸出數(shù)值。竿4.5.丙盾構(gòu)方向嶄糾偏策略婚由盾構(gòu)律姿態(tài)唉連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)議檢測(cè)的盾構(gòu)位春置信號(hào)與隧道棵的設(shè)計(jì)軸線比牽較，得出刊盾構(gòu)頌方向偏差值。頌由鍛盾構(gòu)漫方向嗚偏差值計(jì)算出逐下一控制周期揪的動(dòng)態(tài)控制目仗標(biāo)值，由此得顯出下一控制周種期相對(duì)的方向開(kāi)誤拋差插E定和方向誤差變營(yíng)化探EC瘋，漏作為模糊控制援的輸入。城由模糊控制的設(shè)輸出轉(zhuǎn)換為糾叛偏向量增量，垃結(jié)合當(dāng)前掘進(jìn)兵機(jī)向量和相關(guān)伏糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)址的狀態(tài)，構(gòu)建艇糾偏向量和執(zhí)原行機(jī)構(gòu)的關(guān)系胃。膨見(jiàn)扮圖課4薯。裝圖堆4吉.鼓專糾偏控制框圖倦4.6命.甩盾構(gòu)尚方向瓜糾偏控制輸出糟在掘進(jìn)狀態(tài)下匹，輸出盾構(gòu)糾乞偏控制狀態(tài)或由控制數(shù)據(jù)建議奪，包括：田鉸接千斤頂長(zhǎng)沸度設(shè)定建議值待；蜓掘進(jìn)千斤頂狀悄態(tài)（啟用或停宅用）建議；獎(jiǎng)掘進(jìn)千斤頂四鑄區(qū)油壓人工設(shè)險(xiǎn)定建議值。他5征．槽盾構(gòu)方向控制保研究成果的創(chuàng)躁新性跳在盾構(gòu)施工過(guò)淺程中，盾構(gòu)波掘進(jìn)機(jī)敬的運(yùn)動(dòng)軌跡將降基本形成地下武隧道的施工軸疑線。目前，主趙要采用人工方徐法貫通過(guò)蘭控制掘進(jìn)機(jī)方鴨向來(lái)控制隧道描的施工軸線。虛自上世紀(jì)八十才年代開(kāi)始，基贊于自動(dòng)控制理光論的發(fā)展，人撥們開(kāi)始以模糊接控制理論指導(dǎo)賊地下掘進(jìn)機(jī)方欠向自動(dòng)控制的是研究。日本在涼研究和應(yīng)用掘洋進(jìn)機(jī)析方向自動(dòng)控制呈技術(shù)方面起步絮較早。潤(rùn)今年來(lái)，劫其基本原理是輩用桐二維變模糊控制策略遍控制慮掘進(jìn)機(jī)的施工汪軸線方向。帶盾構(gòu)斷掘進(jìn)機(jī)方向控患制與掘進(jìn)機(jī)設(shè)錫備性能、土質(zhì)薪環(huán)境狀態(tài)、砌繳襯拼裝工藝條濾件等各種工況趨因素有關(guān)，但昂是由模糊控制渴二維表組成的型模糊策略無(wú)法網(wǎng)綜合反映這些伐工程工藝條件蔑，也很難將人啊工控制的經(jīng)驗(yàn)?zāi)镎线M(jìn)來(lái)。因弄此，現(xiàn)有的掘余進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向穩(wěn)的模糊糾偏控帳制不能適應(yīng)各敬種不同的工況附條件，無(wú)法達(dá)霜到糾偏線型漸守近性和糾偏過(guò)巴程緩慢性的要逗求，難以保證膚施工軸線對(duì)設(shè)燭計(jì)軸線的逼近止效果和工程施井工質(zhì)量。歡為適應(yīng)在砂礫陰復(fù)合地層盾構(gòu)漁方向控制，短本科題研究的挽成果格克服和解決了鄙上述技術(shù)關(guān)鍵艱，其創(chuàng)新性表谷現(xiàn)在：符（閑1柔）發(fā)明了一種漫利用虛擬軌跡想對(duì)地下掘進(jìn)機(jī)殃掘進(jìn)方向控制全的方法蠶利用虛擬軌跡脾對(duì)地下掘進(jìn)機(jī)鞠掘進(jìn)方向進(jìn)行性自動(dòng)控制的方田法中的虛擬軌敲跡由糾偏控制謝器經(jīng)由下列步約驟而得到：狡接收姿態(tài)檢測(cè)攜系統(tǒng)測(cè)量后輸園入的當(dāng)前掘進(jìn)品機(jī)的位置和狀劉態(tài)參數(shù)，并且傾根據(jù)該參數(shù)計(jì)單算出掘進(jìn)機(jī)軸惕線相對(duì)于設(shè)計(jì)希軸線的誤差朗e零；幕根據(jù)掘進(jìn)機(jī)設(shè)碗備狀況確定糾狼偏靈敏度系數(shù)掉k文1腔，運(yùn)根據(jù)管片或管建節(jié)狀況確定拼顛裝變化梯度系薄數(shù)瞧k蹤2敏，蔥根據(jù)土質(zhì)環(huán)境牛確定土質(zhì)系數(shù)塔k希3債，努設(shè)定工程質(zhì)量鉗標(biāo)準(zhǔn)的軸線允悶差值牛a悄，喊并且由下列計(jì)瓣算式得出工況宮條件常數(shù)摘k敏：閥朗k=樹(shù)k分1由k傾2螺k糟3核太由下列計(jì)算式救得出虛擬軌跡塊值末S技：摸匠S=存ak心︱助e慈︱頓-k愧秒與現(xiàn)有技術(shù)相怠比較，建立的遭虛擬軌跡不僅助考慮了當(dāng)前的御掘進(jìn)機(jī)軸線誤返差，而且還綜牙合考慮了設(shè)備弟狀況、施工作嫂業(yè)、土質(zhì)環(huán)境廊、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等窄工況條件，因禁此解決了現(xiàn)有炭技術(shù)中一般模談糊控制無(wú)法克循服的難題，使銅本發(fā)明所述方喜法能適應(yīng)各種禿施工條件，其事糾偏控制能更經(jīng)符合工程實(shí)際笨；并且以虛擬蠻軌跡替代設(shè)計(jì)縣軸線作為當(dāng)前唉控制目標(biāo)，因傳而對(duì)于任一誤仰差，不論誤差構(gòu)有多大，在虛旺擬軌跡上決定霜的下一控制周嚼期的目標(biāo)值與侍該誤差的距離弊很近。換句話賴說(shuō)，在一個(gè)控?cái)r制周期內(nèi)系統(tǒng)您要改變的控制顏量較小，因此婆避免了糾偏量赤過(guò)大及其導(dǎo)致芹的掘進(jìn)方向突集變問(wèn)題，也就索避免了由其引虛起的一系列工此程質(zhì)量問(wèn)題；辟（竊2犧）發(fā)明了一種窗將掘進(jìn)機(jī)方向燙誤差和方向誤葬差變化作為糾鳴偏控制器輸入蓋的方法控根據(jù)姿態(tài)檢測(cè)據(jù)系統(tǒng)測(cè)量的掘慕進(jìn)機(jī)的位置和碼狀態(tài)參數(shù)算出丙當(dāng)前控制周期抵的誤差雪e帆i疾、前一控制周體期的誤差土e裕i風(fēng)-1蟲(chóng)、前二控制周岡期的誤差揮e薄i胃-2年和虛擬軌跡上穗作為當(dāng)前控制責(zé)周期的控制目鉛標(biāo)的設(shè)定值澆t膨i+1糧；立由下列計(jì)算式膀得出方向誤差鴨E艷和方向誤差變布化籃EC茅：擋E=(t澤i+1鋸－晶e編i雅)置－君(洞e揚(yáng)i臣－愁e辱i替-1畝)侍EC=(摘e且i及－懶e蠅i強(qiáng)-1刊)孩－滑(投e嘉i菜-1習(xí)－庭e易i-2煌)饅本發(fā)明的模糊尺控制以方向誤許差和方向誤差勵(lì)變化量值替代惡位置誤差從和位置誤差變敏化歸作為輸入量，觸更確切地反映迎了掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)鏈方向的變化和式表征了掘進(jìn)方重向糾偏的力學(xué)棄特征，使模糊挑控制的輸出能卷通過(guò)若干控制傾周期跟蹤虛擬怨軌跡上的目標(biāo)樸值，實(shí)現(xiàn)施工刑軸線在時(shí)間上崗以緩慢的方式沙、在軌跡上以零漸近的形態(tài)逐辣步達(dá)到設(shè)計(jì)軸瘋線。汪6艇．手工程應(yīng)用試驗(yàn)言6.1.虹實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)嗓方向蜓控制泛信息化施工眉的買(mǎi)目標(biāo)棄在輩盾構(gòu)掘進(jìn)方向碰計(jì)算機(jī)輔助控羅制過(guò)程中，腐鉸接千斤頂長(zhǎng)代度的建議設(shè)定烘值主要根據(jù)設(shè)仁計(jì)軸線線形，撒其次參考誤差心值。根據(jù)原設(shè)院備機(jī)械特性，散采取優(yōu)先調(diào)節(jié)脈推進(jìn)千斤頂個(gè)布數(shù)、輔以調(diào)節(jié)盆推進(jìn)千斤頂四魚(yú)區(qū)油壓的糾偏還方案。操作界拳面見(jiàn)偉圖語(yǔ)5蕉。瓶盾構(gòu)設(shè)計(jì)軸線邊信息查詢可以正曲線形式表示納，并在所查詢謝的設(shè)計(jì)里程處即以數(shù)值表達(dá)。址見(jiàn)國(guó)圖程6添。紹盾構(gòu)掘進(jìn)方向盜計(jì)算機(jī)輔助控館制的實(shí)時(shí)信息攤見(jiàn)裙圖衛(wèi)7炕。架盾構(gòu)掘進(jìn)方向圍歷史數(shù)據(jù)可以跪曲線形式表達(dá)澡，在所查詢的欣區(qū)間具有平均冶值、最大值等推統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)偽圖