大型泥水盾構開挖面平衡控制研究

《大型泥水盾構開挖面平衡控制研究》是依託同濟大學，由宋蘊璞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大型泥水盾構開挖面平衡控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋蘊璞
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

本課題旨在對目前國內外研究尚未涉及到的、對施工安全有關鍵影響的大型泥水盾構內部開挖面平衡系統展開研究，分別從開挖面平衡系統中的氣泡艙中壓縮空氣吸收壓力衝擊、吸收壓力脈動以及氣泡艙壓縮空氣調節迴路的動態特性的角度出發，研究泥水氣泡艙中對盾構開挖面平衡控制起關鍵作用的初始控制參數的設定理論與設定原則，為泥水盾構開挖面平衡自動控制系統設計提供理論依據。同時對目前國內外尚處於手工控制或簡單模擬量控制的大型泥水盾構內部開挖面平衡系統進行自動數位化統一控制的研究，並找出該控制系統所包含的不同控制迴路之間的相互影響關係；研究並提出有針對性的、合理有效的控制理論、控制方法和調節器，同時針對影響較大的干擾，提出相應的控制對策；就不同的控制方法進行仿真對比和實物實驗對比，給出根據不同的實際套用要求和場合所應選擇的最佳的控制方式，以及不同控制迴路和控制方法的計算機自動切換法則。

結題摘要

目前，對於大型泥水平衡盾構的自動控制與數位化統一管理是全球盾構界共同關注並急待解決的諸多問題之一，基於此，本項目圍繞建立大型泥水平衡盾構的自動泥水氣壓平衡控制系統這一主題展開了深入系統的研究。主要的研究工作和成果如下： 1.建立了考慮地基應力和孔隙水壓力的泥水平衡盾構開挖面泥水支護壓力的計算模型，並根據泥水平衡盾構在不同工況時開挖面前方土體的受力情況，得出了不同工況時盾構理論泥水支護壓力的確定方法。 2.確定了泥水平衡系統中泥水迴路和氣壓迴路主要參數的取值原則，其中詳細地分析了對盾構開挖面平衡控制起關鍵作用的氣泡艙的初始體積、初始壓力、泥水的初始液位等參數的確定方法，分別從氣泡艙中壓力氣體吸收壓力衝擊、吸收壓力脈動以及氣泡艙壓縮空氣調節迴路的動態特性出發，得出了氣泡艙初始參數的確定原則與計算公式，並討論了其最佳取值範圍，為泥水氣壓平衡控制系統設計提供了理論依據。 3.深入分析了盾構泥水氣壓平衡控制系統所包含的兩個控制迴路——泥水控制迴路和氣壓控制迴路之間的相互作用關係，提出了根據氣泡艙中泥水液位的不同，分別選擇氣泡艙單迴路控制方式和泥水氣艙雙迴路綜合控制方式的控制方法，並且根據泥水控制迴路和氣壓控制迴路間的相互作用關係提出了雙迴路同時調節的廣義比例控制方法。 4.詳細設計了套用於氣泡艙壓縮空氣壓力控制的模糊自適應增量式數字PID控制器和套用於泥水液位調節系統的數字PID+前饋控制器，並開發了該計算機控制系統的調試軟體。 5.分別對所設計的控制器在單獨套用和合併綜合使用時進行了計算機半實物仿真實驗，就不同的控制方法進行了對比試驗，得出了不同干擾對系統的影響情況，針對影響較大的干擾，提出了相應的控制對策，給出了根據不同的實際套用要求和場合所應選擇的最佳控制方式和自動切換方法。