盾構(gòu)掘進方向控制糾偏方案引言盾構(gòu)地鐵區(qū)間隧道工程，地層條件以砂土、礫巖和卵石為主。在該地層中施工盾構(gòu)易產(chǎn)生偏載，盾構(gòu)掘進方向較難控制。區(qū)間隧道設(shè)計軸線最小曲率半徑為450米，采用從日式引進的鉸接式土壓平衡盾構(gòu)施工。盾構(gòu)掘進方向計算機輔助控制是一種開環(huán)控制方式，其輔助控制輸出的信息供盾構(gòu)司機糾偏時參考，以指導盾構(gòu)司機及時調(diào)整盾構(gòu)掘進方向，其目的提高盾構(gòu)掘進方向控制信息化施工手段，提高隧道軸線的施工質(zhì)量目。2．盾構(gòu)掘進方向計算機輔助控制的基本條件2.1.土體穩(wěn)定對盾構(gòu)方向控制的影響盾構(gòu)施工過程中必須合理控制出土量，防止超挖或欠挖引起盾構(gòu)機前進方向失控。采取土壓平衡控制方式并合理進行同步注漿，是保持土體穩(wěn)定的有效技術(shù)措施。2.2.土質(zhì)條件對盾構(gòu)機方向控制的影響在實際施工中由于土質(zhì)或設(shè)備條件等因素,盾構(gòu)姿態(tài)的方向不一定是盾構(gòu)前進的方向。例如圖1.中，a為盾構(gòu)前進方向,b為盾構(gòu)姿態(tài)方向，θ為a與b的夾角。θ等于0θ不等于0圖1.土質(zhì)條件對盾構(gòu)前進方向的影響因此，盾構(gòu)姿態(tài)的方向不一定是主控對象，而是盾構(gòu)方向控制手段的一個重要環(huán)節(jié)。2.3.糾偏設(shè)備對盾構(gòu)方向控制的影響。要實現(xiàn)盾構(gòu)掘進方向計算機輔助控制，必須具備及時檢測盾構(gòu)位置和施工狀態(tài)信號的設(shè)備，必須具備糾偏控制器及執(zhí)行方向控制信號的機械傳動機構(gòu)。2.4.糾偏策略對盾構(gòu)方向控制的影響。在具有連續(xù)檢測盾構(gòu)位置和糾偏裝置的條件下，糾偏控制策略的正確與否是糾偏控制效果的關(guān)鍵。盾構(gòu)掘進方向糾偏系統(tǒng)構(gòu)成盾構(gòu)掘進方向糾偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。逢3.1.垂具姿態(tài)檢測引裝置咳盾構(gòu)姿態(tài)輔信息是糾吐偏控制的登主要依據(jù)吹。置于隧裂道內(nèi)測量患架上的全歉站儀劣（迫1滾）跟蹤目也標靶，目篩標靶由三善組棱鏡福（擱2毀）和目標欲靶控制器鄰（阿3斬）組成。揪由全站儀祥檢測的盾驗構(gòu)姿態(tài)數(shù)漿據(jù)送盾構(gòu)咬姿態(tài)管理先系統(tǒng)嗽（班4稼）。懼3.2.增回執(zhí)行機構(gòu)抬執(zhí)行機構(gòu)談的設(shè)備狀惠態(tài)是糾偏餃控制的信皆息源之一余。包括盾感構(gòu)掘進狀何態(tài)糟（姜5返）、鉸接另千斤頂狀牧態(tài)圈（岔6跟）、推進誰千斤頂狀請態(tài)瘡（味7收）、掘進泛分區(qū)油壓摩狀態(tài)洗（惠8村）。執(zhí)行嶺機構(gòu)的動壞作直接改脂變盾構(gòu)掘傍進方向，亂包括鉸接耍千斤頂?shù)臉尣煌刂评镩L度竹（屯9典）、推茅進植4閥區(qū)油缸的謙不同油壓桑（先1攝0衰），推進裹千斤頂選掙擇使用的矛不同狀態(tài)衰（意1扮1雙）。灶3.3.造障控制機構(gòu)鞏過程邏輯?？刂破餮ㄕ?舌2墨）在盾構(gòu)粥方向控制乘系統(tǒng)中，妥是糾偏控蒜制器楊（渠1完3蝴）與現(xiàn)場識設(shè)梁備免I/替O匆信號的接壟口。糾偏季控制器是善形成糾偏貓策略的的防核心。糾吼偏控制器跨選用平板擋式工業(yè)控騎制計算機咽，基本配襪置式為大P43.卸0螞G礙、簡512市M嚇內(nèi)存找、寄80屆G返硬盤、液刻晶顯示器鎖。軟3.4住.依控制器軟蔥件平臺霧采郊用伶Wind揭ow混s宇操作系統(tǒng)嫁，接口應配用平臺為尚國產(chǎn)軟暖件挪“潤組態(tài)占王糧”起，開發(fā)平卡臺叫為固Visu巨alC簡++6縫.0附登。唇圖懸2.儀少盾構(gòu)方向紙控制硬件偏構(gòu)成咬圖暮擋4居．盾構(gòu)掘?qū)氝M方向控渴制工作原慰理螞在掘進工倍況下，以忠掘進千斤貌頂?shù)奈恢脼匙兓鳛閶尶刂浦芷诩巍Ｓ啥軜?gòu)帶姿態(tài)測量切裝置的目艇標靶位置讓和設(shè)計軸附線比較后賴得出誤差擦值，根據(jù)烏位置誤差公和工程特納點構(gòu)建的單虛擬目標鐮值為盾構(gòu)奏方向控制草設(shè)定值。失根據(jù)模糊秒控制輸出貍得出糾偏唇向量增量壩，并建立欠糾偏向量程和糾偏執(zhí)撲行機構(gòu)的啦關(guān)系。最阿后，在計博算機操作笨界面上顯副示實現(xiàn)掘棒進機方向嗎糾偏控制膚的參數(shù)建作議，供盾厲構(gòu)司機參肥考。弓4.1次.曲糾偏信息丟及信息流聾向橫輸入糾偏誼控制器的夜信息主要巾有薯3披類：隧道刺設(shè)計軸線述數(shù)據(jù)；盾三構(gòu)姿態(tài)測看量數(shù)據(jù)；仆盾構(gòu)設(shè)備殼狀態(tài)數(shù)據(jù)呆。啟涉及盾構(gòu)護糾偏控制疏的輸出信辛息主要慘有鈴2睛類：掘進狂千斤頂啟賓用或停用所的開關(guān)量嫂建議值；濫鉸接千斤笑頂長度和陶推進千斤咱頂油壓設(shè)窄定模擬量泳建議值。渣參見喇圖冊3槍。閣夫衡血銷譽思眼螞提圖附3.側(cè)熊糾偏信息闊及信息流賭向咳4.2淹.碑設(shè)計軸線堆數(shù)據(jù)浸隧道設(shè)計揮軸線是盾墾構(gòu)姿態(tài)控彩制的目標拋。在掘進償過程中，臨及時掌握正盾構(gòu)所處杰位置的隧永道設(shè)計線設(shè)型和設(shè)計擁坐標，是脆有效控制刺盾構(gòu)姿態(tài)副的基礎(chǔ)。聽地鐵區(qū)間掀隧道設(shè)計壩軸線線型幣主要耀有灰3遵種類型：土直線型、痰緩和曲線穴、圓曲線柳。分別編填制成標準含函數(shù)，以活便調(diào)用。紡根據(jù)地鐵季區(qū)間隧道眠軸線設(shè)計交文件排（蓮DT善A裁）提供的源線型和關(guān)貴鍵點數(shù)據(jù)甩，編制由乎掘進里騎程巖(s促)棚為自變量傍，以盾構(gòu)跪切口平面激坐蹦標論(q軌x尋、蘭qy綿)忠、切口高匙程坐標蠅（污q忙h林）、鉸接晴平面坐扣標牌(j浴x廉、回jy幸)適、鉸接高版程坐標梅（翅j病h油）、盾尾普平面坐告標鑰(w者x第、私wy慶)伸、盾尾高霜程坐標勺（虛w摩h佛）為應變懼量的函數(shù)敘。因此，名盾構(gòu)在掘醋進過程中美任一掘進帖里程，總津有確定的籌設(shè)計軸線鍛空間位置斬相對應。鍛4.3論.躲盾構(gòu)姿態(tài)籌測量數(shù)據(jù)蚊盾構(gòu)姿態(tài)留測量主要渠有眼7梨組數(shù)據(jù)：童盾構(gòu)掘進橡里程雄（汁s忍）；切口裝平面誤差臘（俊qp桐e桑）；切口擴高程誤差叢（性qh沒e攤）；鉸接戚平面誤差太（憶jp究e夜）；鉸接購高程誤差膽（笑jh狐e常）；盾尾廢平面誤差侮（扯wp脖e選）；盾尾樸高程誤差傾（賞wh術(shù)e糠）。憑4.4.閘伴盾構(gòu)設(shè)備牧狀態(tài)數(shù)據(jù)秋由過程邏聾輯控制器涌（輛PL功C香）采集的蒸盾構(gòu)設(shè)備普狀態(tài)信息鄉(xiāng)：盾構(gòu)掘器進狀態(tài)、楊千斤頂狀展態(tài)、掘進撲分興區(qū)油壓狀耳態(tài)。們盾構(gòu)掘進弱狀態(tài)：分魚為掘進狀塊態(tài)、拼裝疊狀態(tài)、停繭止狀態(tài)。孤掘進千斤錄頂狀態(tài)說：黃2浙2球個推進千朗斤頂?shù)纳焐?、縮、停眠狀態(tài)。鋤掘進千斤登頂油壓狀含態(tài)：推進截千斤頂上犧、下、左旗、糊右氣4傻個分區(qū)的殊油壓數(shù)值茂。充鉸接千斤吩頂?shù)拈L度上：上、下戶、左、芒右辭4訴個鉸接千呈斤頂?shù)纳煳赋鰯?shù)值。脫4.5.愚光盾構(gòu)方向營糾偏策略池由盾構(gòu)姿館態(tài)連續(xù)測步量系統(tǒng)檢譯測的盾構(gòu)掀位置信號轎與隧道的除設(shè)計軸線落比較，得陳出盾構(gòu)方明向偏差值稱。由盾構(gòu)感方向偏差室值計算出暴下一控制壤周期的動竄態(tài)控制目壘標值，由館此得出下倘一控制周筑期相對的啞方向誤華差春E泊和方向誤是差變燦化桂E覆C炒，索作為模糊迷控制的輸悶入。島由模糊控毒制的輸出奉轉(zhuǎn)換為糾瀉偏向量增而量，結(jié)合鎖當前掘進甘機向量和枝相關(guān)糾偏耕執(zhí)行機構(gòu)培的狀態(tài)，磁構(gòu)建糾偏形向量和執(zhí)斬行機構(gòu)的撓關(guān)系。見謊圖件4售。苗圖宇4.救畫糾偏控制菜框圖射4.6閑.企盾構(gòu)方向談糾偏控制禁輸出贈在掘進狀晨態(tài)下，輸會出盾構(gòu)糾各偏控制狀晃態(tài)或控制穗數(shù)據(jù)建議垮，包括：快鉸接千斤樓頂長度設(shè)浩定建議值窯；衡掘進千斤鄰頂狀態(tài)（北啟用或停皺用）建議運；和掘進千斤爺頂四區(qū)油陡壓人工設(shè)扁定建議值潔。濾5賊．盾構(gòu)方瀉向控制研乓究成果的還創(chuàng)新性家在盾構(gòu)施浸工過程中優(yōu)，盾構(gòu)掘閃進機的運溜動軌跡將傷基本形成篇地下隧道副的施工軸螞線。目前桃，主要采打用人工方狂法通過控叼制掘進機君方向來控服制隧道的魔施工軸線日。弓自上世紀鹽八十年代柴開始，基倉于自動控早制理論的飛發(fā)展，人葡們開始以果模糊控制敗理論指導贊地下掘進談機方向自坐動控制的匪研究。日講本在研究尊和應用掘她進機方向崗自動控制奴技術(shù)方面倚起步較早掃。今年來蘋，其基本尚原理是用酸二維模糊倍控制策略啄控制掘進嘩機的施工繳軸線方向捆。滅盾構(gòu)掘進挺機方向控替制與掘進噸機設(shè)備性射能、土質(zhì)恰環(huán)境狀態(tài)閃、砌襯拼兆裝工藝條罵件等各種稼工況因素杰有關(guān)，但斬是由模糊云控制二維悔表組成的松模糊策略膛無法綜合晴反映這些妖工程工藝牢條件，也閉很難將人織工控制的戀經(jīng)驗整合逐進來。因煮此，現(xiàn)有碰的掘進機庫掘進方向范的模糊糾醋偏控制不涂能適應各稻種不同的顏工況條件岡，無法達且到糾偏線怖型漸近性諷和糾偏過掃程緩慢性陜的要求，株難以保證恥施工軸線甜對設(shè)計軸凡線的逼近某效果和工旁程施工質(zhì)和量。散為適應在縣砂礫復合匙地層盾構(gòu)拔方向控制籠，本科題論研究的成凱果克服和傍解決了上股述技術(shù)關(guān)其鍵，其創(chuàng)煤新性表現(xiàn)秀在：洗（廚1樹）發(fā)明了裂一種利用角虛擬軌跡錄對地下掘童進機掘進子方向控制個的方法帆利用虛擬口軌跡對地倍下掘進機浸掘進方向掌進行自動緣控制的方罰法中的虛思擬軌跡由萬糾偏控制桶器經(jīng)由下猛列步驟而服得到：條接收姿態(tài)網(wǎng)檢測系統(tǒng)嘗測量后輸米入的當前用掘進機的閱位置和狀啦態(tài)參數(shù)，熊并且根據(jù)嚇該參數(shù)計暈算出掘進默機軸線相遭對于設(shè)計箭軸線的誤灶差色e絨；舟根據(jù)掘進碌機設(shè)備狀宣況確定糾潤偏靈敏度附系數(shù)棟k非1糾，田根據(jù)管片賓或管節(jié)狀嗽況確定拼刺裝變化梯蜂度系數(shù)枕k斧2逢，柿根據(jù)土質(zhì)客環(huán)境確定竄土質(zhì)系數(shù)巷k拿3麗，排設(shè)定工程唇質(zhì)量標準剖的軸線允藍差值策a具，熱并且由下范列計算式山得出工況循條件常數(shù)蚊k另：取幼勁k=飛k科1虛k偽2妨k難3介由下列計井算式得出賭虛擬軌跡銜值準S濟：瓣涌獵S=紙ak井︱柔e鵲︱絡(luò)-k姜與現(xiàn)有技奮術(shù)相比較君，建立的汽虛擬軌跡賀不僅考慮誦了當前的舍掘進機軸名線誤差，駁而且還綜牽合考慮了壯設(shè)備狀況總、施工作陳業(yè)、土質(zhì)董環(huán)境、質(zhì)栗量標準等孟工況條件拘，因此解旁決了現(xiàn)有勒技術(shù)中一期般模糊控氣制無法克沖服的難題附，使本發(fā)蹄明所述方即法能適應午各種施工托條件，其功糾偏控制咽能更符合利工程實際親；并且以紛虛擬軌跡刃替代設(shè)計隔軸線作為王當前控制霞目標，因位而對于任淹一誤差，差不論誤差脊有多大，振在虛擬軌愉跡上決定奪的下一控冰制周期的儲目標值與權(quán)該誤差的孤距離很近測。換句話駛說，在一在個控制周洽期內(nèi)系統(tǒng)酷要改變的味控制量較圍小，因此斑避免了糾神偏量過大苗及其導致給的掘進方巨向突變問甲題，也就州避免了由橫其引起的亡一系列工擠程質(zhì)量問部題；謙（普2服）發(fā)明了波一種將掘凱進機方向酒誤差和方庫向誤差變郊化作為糾爪偏控制器花輸入的方歌法蔑根據(jù)姿態(tài)知檢測系統(tǒng)把測量的掘摟進機的位反置和狀態(tài)呀參數(shù)算出瓶當前控制墾周期的誤扣差浙e靠i能、前一控么制周期的品誤差捐e接i妨-1撕、前二控訂制周期的頁誤差看e穿i吳-2劑和虛擬軌慌跡上作為該當前控制錯周期的控撞制目標的掌設(shè)定值蛙t鎮(zhèn)i+1睛；能由下列計鴨算式得出索方向誤差憑E肯和方向誤殊差變化苗EC票：截E=合(t集i+1疊－慌e絹i態(tài))莖－棗(靜e章i憑－忘e撤i要-1碑)醒EC=鳥(e饅i轎－威e帽i紫-1爹)跨－危(示e貨i漿-1張－曠e驗i-2驅(qū))半本發(fā)明的概模糊控制恥以方向誤憐差和方向率誤差變化錯量值替代它位置誤差縮和位置誤婆差變化作河為輸入量欺，更確切底地反映了矩掘進機前片進方向的譯變化和表雨征了掘進梳方向糾偏幣的力學特掩征，使模仿糊控制的錯輸出能通山過若干控炸制周期跟誤蹤虛擬軌姐跡上的目唯標值，實譽現(xiàn)施工軸章線在時間稅上以緩慢淡的方式、乖在軌跡上夕以漸近的抄形態(tài)逐步蟲達到設(shè)計鑄軸線。滔6醉．工程應劇用試驗席6.1.扇餡實現(xiàn)盾構(gòu)班掘進方向終控制信息敲化施工的演目標斑在半盾構(gòu)掘進葵方向計算運機輔助控戒制過程中謹，鉸接千讀斤頂長度潮的建議設(shè)門定值主要薪根據(jù)設(shè)計無軸線線形臟，其次參碗考誤差值蠢。根據(jù)原箭設(shè)備機械豆特性，采傍取優(yōu)先調(diào)流節(jié)推進千琴斤頂個數(shù)娘、輔以調(diào)屠節(jié)推進千更斤頂四區(qū)除油壓的糾蔥偏方案。效操作界面摧見倡圖壟5艙。交盾構(gòu)設(shè)計江軸線信息主查詢可以殘曲線形式切表示，并芝在所查詢辦的設(shè)計里回程處以數(shù)績值表達。猴見綱圖減6靜。膏盾構(gòu)掘進籃方向計算諸機輔助控頁制的實時子信息見枕圖守7艇。翠盾構(gòu)掘進隙方向歷史省數(shù)據(jù)可以甚曲線形式魔表達，在參所查詢的堂區(qū)間具有移平均值、掩最大值等浸統(tǒng)計數(shù)據(jù)射，見菠圖躍8旗。珠廁圖曾5耳