盾构施工智能同步注浆控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术关于一种盾构施工智能同步注浆控制方法，是通过盾构第n环单环出土质量和同步注浆量计量结果，取得同步浆液充填系数及注浆泵的单次实际注浆量，并基于第n环所得同步浆液充填系数值、单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量，重新计算目标同步注浆量，进而控制调节注浆泵单位时间内的冲程数；本发明专利技术提出了精准的盾构出土质量计量、同步注浆量计量，并通过控制系统达到精准调节注浆泵的冲程数，实现了以盾构出土质量为追踪目标的地层“零”损失智能同步注浆控制。

Intelligent synchronous grouting control method and control system for shield construction

The invention relates to an intelligent synchronous grouting control method for shield construction, which obtains the synchronous grouting filling coefficient and the single actual grouting quantity of the grouting pump through the measurement results of the excavation quality and synchronous grouting quantity of the single ring of the N ring of the shield, and based on the values of the synchronous grouting filling coefficient obtained from the n ring, the single actual grouting quantity and the excavation quality of the shield during the construction of the n+1 ring. The new method calculates the target synchronous grouting quantity, and then controls the stroke number of the grouting pump in unit time. The present invention proposes an accurate measurement of the excavation quality of shield tunneling and synchronous grouting quantity, and achieves the precise adjustment of the stroke number of the grouting pump through the control system, thus realizing the intelligent synchronous grouting control of stratum \zero\ loss with the excavation quality of shield tunneling as the tracking target.

【技术实现步骤摘要】
盾构施工智能同步注浆控制方法及控制系统
本专利技术涉及一种土木施工方法，尤其涉及一种盾构施工智能同步注浆控制方法及控制系统。
技术介绍
盾构隧道技术的诞生已近200年历史，其以施工速度快、环境影响小、机械化程度高等优点成为城市交通隧道施工方法的首选。同步注浆系统是盾构机的重要组成部分，盾构掘进过程中，同步注浆泵以一定的压力通过注浆管向管片脱出盾尾后产生的建筑空隙内及时、充分的填充浆液，从而有效控制地层变形，稳定隧道结构。早期盾构同步注浆以设定注浆压力为控制目标，由于设定压力与实际工况存在较大差异，工程实践中经常发生超量或者欠量注浆的情况，影响地层稳定。此后，盾构同步注浆改进为以注浆量为主、注浆压力为辅的“双控”模式，即：①注浆量；技术人员结合实际工况条件确定同步注浆率，同步注浆率与理论建筑空隙的乘积为同步注浆量。注浆过程中，浆液实际注入量以注浆泵的冲程数作为参考，注浆快慢与盾构推进速度相关联，盾构推进速度越快，单位时间内注浆泵活塞运动次数就越多，注入的浆液量就越大。②注浆压力；“双控”模式下设定注浆压力的上、下限值，使得同步浆液能克服管道摩阻力和地层阻力充分的填充建筑空隙，注浆压力是同步注浆量的保证措施。然而，现有技术在浆液注入量设定值的正确性、同步浆液注入时刻的匹配性、浆液实际注入计量的准确性等方面存在不足，甚至是缺陷。究其原因，同步注浆率的选择具有经验性，不能准确反映土质情况、盾构超欠挖、纠偏等因素的影响；再者，浆液注入时刻依照千斤顶行程而定，没有关联盾构出土量；最后，浆液粘滞性影响注浆泵活塞腔内的真空度，注浆泵运动次数的计量方法难以保证计量的准确性。中国专利技术专利ZL201010533472.5提出了超大直径盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法，为盾构同步注浆的“双控”提供了依据；中国专利技术专利ZL201210030158.4提出利用光纤光栅传感与光纤通讯的方式对盾构隧道掘进施工中管片壁后同步注浆过程的多个控制参量进行实时监测，通过管片注浆侧的孔隙水压力、土压力等参数的实时监测结果进行注浆压力的调整。但这些方法都没能克服传统同步注浆方法的不足，更无法实现盾构的智能同步注浆。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种盾构施工智能同步注浆控制方法，主要是。本专利技术主要提供了一种盾构施工智能同步注浆控制方法，包括以下步骤：通过盾构第n环单环出土质量和同步注浆量计量结果，取得同步浆液充填系数及注浆泵的单次实际注浆量；基于第n环所得同步浆液充填系数值、单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量，重新计算目标同步注浆量，进而控制调节注浆泵单位时间内的冲程数，以实时、准确的控制同步注浆量。较佳的是，所述的盾构施工智能同步注浆控制方法，当盾构机的加压平衡方式为土压平衡盾构时，盾构出土质量是通过加装在皮带机上的皮带秤实时称重，同时在门式起重机的吊钩上加装一套吊钩秤对土箱内的渣土进行称重，以获得盾构的单环出土质量。较佳的是，所述的盾构施工智能同步注浆控制方法，当盾构机的加压平衡方式为泥水平衡盾构时，盾构出土质量及单环出土质量是通过泥水循环系统将盾构切削的渣土运输到地面泥水处理系统，在时间内进、排泥流量与密度乘积的差值，进、排泥流量由流量计测量，进、排泥密度通过密度计测得。优选的是，所述的盾构施工智能同步注浆控制方法，盾构掘进第n环时，单次实际注浆量是利用激光测距仪动态监测计算时间内浆桶中的浆液液位，并同时统计该段时间内注浆泵的冲程数。本专利技术亦提供了一种应用前述方法的盾构施工智能同步注浆控制系统，其特征在于，包括：一数据采集模块，包括有传感器和用于传递从传感器所搜集数据的传输线路；一数据存储模块，电性连接所述的数据采集模块并进行盾构单环出土质量、同步注浆量、同步浆液充填系数、注浆泵的单次实际注浆量的数据存储和运算；一命令输出模块，电性连接所述的数据储存模块，所述的命令输出模块基于在所述的数据存储模块运算的第n环所得同步浆液充填系数、注浆泵的单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量计算目标同步注浆量，以达到控制调节注浆泵单位时间内的冲程数。本专利技术所提供的盾构施工智能同步注浆控制方法及控制系统的优点在于，可以实现盾构出土质量为追踪目标的地层“零”损失，相比于以经验计算理论注浆量，以千斤顶行程控制注浆时刻，并以注浆泵运动次数计量注浆量的传统注浆方法，本专利技术提出了精准的盾构出土质量计量、同步注浆量计量，并通过控制系统达到精准调节注浆泵的冲程数，实现了以盾构出土质量为追踪目标的地层“零”损失智能同步注浆控制。附图说明图1为现有的地层损失的示意图；图2为本专利技术的控制方法实施同步注浆取代地层损失的示意图；图3为本专利技术的土压平衡盾构计量出土质量的计量流程示意图；图4为本专利技术的泥水平衡盾构计量出土质量的计量流程示意图；图5为本专利技术的计量盾构浆桶的同步注浆量计量示意图；图6为图5中区域B浆桶阴影部分面积示意图；图7为本专利技术的控制系统的示意图；图8为本专利技术的控制方法的流程示意图。具体实施方式以下配合图式及本专利技术之较佳实施例，进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段。本专利技术的一实施例中所提供了一种盾构施工智能同步注浆控制方法及控制系统。本专利技术的盾构施工智能同步注浆控制方法包括有以下步骤：通过盾构第n环单环出土质量和同步注浆量计量结果，取得同步浆液充填系数及注浆泵的单次实际注浆量；基于第n环所得同步浆液充填系数值、单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量，重新计算目标同步注浆量，进而调节注浆泵单位时间内的冲程数，以实时、准确的控制同步注浆量。其中，如何计量出盾构出土质量、单环出土质量、同步注浆量计量、同步浆液充填系数、单次实际注浆量等重要数值，如以下分析。(1)盾构出土质量和同步注浆量理论关系如图1所示，地层损失是指盾构施工中实际开挖土体体积和竣工隧道体积之差，竣工隧道体积主要是指隧道管片外围包裹的同步浆液体积。基于此，通过本专利技术所提出的方法，能够使同步浆液完全填充开挖断面和衬砌外径之间的空隙，使得地层损失为零。盾构施工每环理论注浆量即为开挖断面和衬砌外径之间的空隙体积，但考虑同步浆液管道损失、浆液固结收缩、注浆泵内存在空气等因素的影响，每环实际同步注浆量一般大于理论注浆量。如图2所示，盾构实际同步注浆量完全填充了开挖断面和衬砌外径之间的空隙，引入同步浆液充填系数α(0＜α＜1)，即认为，开挖断面和衬砌外径之间的土体体积等于实际同步注浆量与同步浆液充填系数的乘积。因此，盾构出土质量和同步注浆量的理论关系式为：ms/ρs–lπD2/4＝αVg(1)式中：ms为盾构出土质量(kg)；ρs为开挖面土体密度，成层土则取加权平均值(kg/m3)；l为时间t内盾构的掘进长度(m)；D为隧道衬砌外径(m)；α为同步浆液充填系数；Vg为同步注浆量(m3)。(2)盾构出土质量的计量方法盾构机按照开挖面的加压平衡方式可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构，其出土质量的计量方法分别为：①土压平衡盾构如图3所示，根据土压平衡盾构的施工原理，刀盘不断旋转切削前方土体，切削下来的渣土进入土舱，随后依靠螺旋机输送至皮带机上，再由渣土运输车拖运至盾构工作井井口。最后，地面门式起重机将土箱吊出，卸放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构施工智能同步注浆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过盾构第n环单环出土质量和同步注浆量计量结果，取得同步浆液充填系数及注浆泵的单次实际注浆量；基于第n环所得同步浆液充填系数值、单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量，重新计算目标同步注浆量，进而控制调节注浆泵单位时间内的冲程数，以实时、准确的控制同步注浆量。

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工智能同步注浆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过盾构第n环单环出土质量和同步注浆量计量结果，取得同步浆液充填系数及注浆泵的单次实际注浆量；基于第n环所得同步浆液充填系数值、单次实际注浆量以及第n+1环施工过程中时间内的盾构出土质量，重新计算目标同步注浆量，进而控制调节注浆泵单位时间内的冲程数，以实时、准确的控制同步注浆量。2.根据权利要求1所述的盾构施工智能同步注浆控制方法，其特征在于，当盾构机的加压平衡方式为土压平衡盾构时，盾构出土质量是通过加装在皮带机上的皮带秤实时称重，同时在门式起重机的吊钩上加装一套吊钩秤对土箱内的渣土进行称重，以获得盾构的单环出土质量。3.根据权利要求1所述的盾构施工智能同步注浆控制方法，其特征在于，当盾构机的加压平衡方式为泥水平衡盾构时，盾构出土质量及单环出土质量是通过泥水循环系统将盾构切削的渣土运输到地面泥水处理系统，在时间内进、排泥流量与密度乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏燕，李磊，肖晓春，包蓁，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31